Устройство для защиты преобразователя

 

Изобретение относится к электрс технике, а именно к устройствам для защиты полупроводниковых преобразователей . Целью изобретения является повышение надежности. При наличии короткого замыкания на выходе первого датчика напряжения 18 имеется сигнал, поступающий на вход компаратора 20, При этом сигнал на его выходе отсутствует. Отсутствует сигнал на втором входе, а следовательно, и выходе элемента И 22, поэтому отсутствует сигнал на входе блока 26 управления включением тиристорного ключа 5, что означает запрет на включение последнего. Также не происходит включения тиристорного ключа 5,если напряжение на коммутирующем конденсаторе последнего не достигнет заданной величины, необходимой для надежной коммутации главного тиристора тиристорного ключа 5, Контроль за напряжением на коммутирующем конденсаторе осуществляет второй датчик напряжения 19, 5 з.п, ф-лы, 4 ил. i (Л : ndl J i{ Риг.1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (191 (11) А1 (59 4 Н 02 Н 7 12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4011682/31-07 (22) 23.01.86 (46) 30.05.87. Бюл. ((20 (71) Павлодарский индустриальный институт (72) В.С.Копырин, В.В.Тразанов и Б.К.Шапкенов (53) 621.316.925.4 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР (974494, кл. Н 02 Н 7/12, 1980.

Авторское свидетельство СССР

1!! 1127038, кл . Н 02 Н 7/12, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к электрс технике, а именно к устройствам для защиты полупроводниковых преобразователей. Целью изобретения является повышение надежности. При наличии короткого замыкания на выходе первого датчика напряжения 18 имеется сигнал, поступающий на вход компаратора 20. При этом сигнал на его выходе отсутствует, Отсутствует сигнал на втором входе, а следовательно, и выходе элемента И 22, поэтому отсутствует сигнал на входе блока 26 управления включением тиристорного ключа 5, что означает запрет на включение последнего. Также не происходит включения тиристорного ключа 5,если напряжение на коммутирукщем конденсаторе последнего не достигнет заданной величины, необходимой для надежной коммутации главного тиристора тиристорного ключа 5. Контроль за напряжением на коммутирующем конденсаторе осуществляет второй датчик напряжения 19. 5 з.п. ф-лы, 4 ил. !

?

Изобретение относится к преобразовательной технике. а именна к устройствам защиты полупроводниковых преобразователей, Цель изобретения — повышение на-дежности путем дкаг?!Остира?зан?!я Ila" личия аварийного режима и cocTQ511(?III тирксторнога) ключа с пр!(нуд!(тельноЙ коммутацией к обеспечения автомати-ческого повторного включения.

На фиг. 1 представлено устройство для защиты преобразователя;на фиг.2— схема датчика напряжения; на фиг.3 схема блока контроля и сигнализации; на фиг. 4 — схема блока антоматического повторного включения..

МЕХсду ПрзабраэаватЕЛЕ".Х 1 и аа."j1yaкой 2 !. Дсаединен обрат!(с диод 3 по отношению к току н-= выходе г!реобразователя>- Параг(лель?(О диоду 3 подключена цепь из последовательпо соединенных источника 4 oiiopa01" тока тиристарнога кл?оча с принудительной коммутацией 5 и цроссе)(я 6, причем элементы 3 к 4 включены согласно. Датчик 7 скорости =-Ia",>(aíåa?iÿ

И ДЯТЧИК 8 ТОКЯ УСТ Я((ОНЛЕг1Ь(На ВЬЕСО " де преобразователя ",. Зь хад —. Ятч(1!са

7 скорости изменения тока под(o?tiara ахору Koмпарятара 9, а чика 8 тока подключе?- к блоку 10 контрапя тока преабразанатe)-.я, к блоку 11 регулируемой задер>кки и к блоку 12 задания уставки,, выход каторога подклочен к входу блока 13 управления источника 4 опорного така. Вхоцы блока 14 контроля и сигнализации срабатывания устройства защиты пад!сл(очены соатнетстненнo: первый — к выходу Ko?K(->aj)a I Ojya 9 и к первому входу элемента ИЛИ (5 второй — к выходу блока 11 регулируемой задержки и к второму входу элемента

ИЛИ 15. К третьему входу элема?(1а

ИДИ 15 подключен выход блска 16 j)yч-ного откл!очения. Выход элемента ?П!И

15 подключен к входу блока 17 управленпя атключенкем тиристорным ключом с принудительной коммутаь,ис". 5,,-и?,— ход блока 17 управления под к;1(n eп к первому управляю це -y .--;ходу гиристарного ключа с принудитель!!0(:, коммута-. цией 5. Вход перьаго Датчика 1»> нов пряжения подключен к диоду 3, а ихад

BTopoI 0 ДЯт"-!ика 1.) ?(а!>рлже((ия ГОД " ключен к узлу принудительной комму-. тации тиристорнага ключа 5, Выхо)д первого датчика напряжения 18 г(0!("ключен к входу второго ксмг(аратора

20 „а выход Б горОга IlaTu?IKa Ilаа пp)I;Kaния 7он?сл(оче(1 к вхoду "; ) >вio ком?(вратаре 21, Выходы комп, р атаров

20:,л 2 1? Надк?)(о*. е(пя соат нет> гне I?io первому и нта„-oi„; входам перв»1.0 элемента И 22,, вь(КОД катОр>ОГО падкл(о»?ен

?с первому входу второго элемента И

23 и к вхсду блока 24 антаматическогс повторпагс включения, гыхад которог0 г(одключен K выходу блока 25 ручного нклю !ения тиристорногo ключа 5 с принудительной коммутацией и к второму входу в" ора",o элемента И 23, выход !сОТОРОГО падкл(оче(! к входу блока 26 управления включением ти>ЗНС > 0()НОI О liJ? (» Ta ) С lj)II?IV?1И Р (Ьч>й

".саь-:мутацией. вы;<О;?, блока 2б пад(спо?сн к (сто(-.ому упрявля(ощему вхо: у

T((j)HcT0pIIoI" 0 люча 5 пр -I((óöI>-: ел!—

ИОи (са РГгтa?I?ia?!, Бх Одь. IGK QB >со нтв ролл 27 и. сиг?(Ялизапии 2Я ((од сл очеПЫ . Oатнe-, Cтв;-.?»И- ..-. (; -K»KG;I;.: —.ТОРОГС

20 ?(T!>aTI>= 0 21 ?с" (и 1paTQpGI3, (Ця фиг. 2 предс опалена схе?(а датчиког-, 18 и 19 ?(апря)>сени!(на диоде 3

?! !!а ?сo?>!> (ут(ipую>це (канде!Icа Оре !.! С (С У С С Т> В Е Н Н О и комму-: ацией, (-..ыг!Ол пан(ыи на (aгнито=

> ,—;,иоде 29,; оме цсинс,"; н са.?гу(?(.су иидуктивнасти 30 с приме-le(?(!a i опера((??а?((>)t 0 усили.(. Gi;5(31, . ;.Яту.,:(са .через

-1; Q ) 2 ".„" 1е-у > --(>)»е:-(ый 5)ези "(-Ог 33 под:сл очается к:;o!!Tpo)èpóå (oé пепи

/, ?;1? (Оду 3 иii?I к Омм ут;(?)у(о((,eN)> (со;-;денса Tooy,j, Диод 32 искл?очает г!поте!сание 1 GKa па:се ту?".ке " возможное лож

:.?О>з .РЯ Q (IT,,>P "., И>-- Р(! .;З,;, Е! >(И>.- >10Л7CЯП— (!ОС К ?С 01(Т„>0 !!(j) УЕ". (О?1 ЦЕПИ, Г Е ° )>)(ИЭУемы. резис "op .: -Qçíoëaåò обесl!e7 >

-.ит ь настро!". .с,,„г(тч .?!са ?a!!pa õñåöèÿ на заданный диапазаl . измерсния lсантро"

JI(fpуе (с гQ и;-г(рг, се;(и)-, . :)езкс; Qp 14

;aKJ (?)>1Е?(l>Q Н», G>) ?>О;((FIПИ т!((НЕПТИРУ(Оi>KОДа Oil CP)B Il (О (l;;;, 0 >, С (->.; Т>»> Ч)т

> (оез>.(ста;) ) (!Он,",л о>-,е?-: ?с це???- ;, 00. =.ti я?Сцей(1!е> ивер.гиау(о((!(й вход с Q()

Оч> Сой >г>- (1-,;->(>,>!» H >Ð1È .,ï =:. P >—

> Г и (сп )с; 1?с.,?с> :еп ?;? ai ? Оар (тн(ои сня зи аг(ерани с;!=0(0 >>01. .!!итал)! .) ?, :ia фиг . 3 п()ЯДс? Явл -Ka схе(;:а бло-Ки>J ка:(2, и с (г;:;:л-.?!a(!è?(2Ь, Б>»пол(-;ни(и>?е "a(сне; О, ...(оде 37. Ппи

-Х-Д (0- О, > !Г 5 -С й,", 3

ЧЕР" С(о1 О!:io ((РО Г . "Ет > 0 ВЕ1-,»;!И ((a С 01 0>) Q Г C) О >- P,. Ц? :".(a> P T Ca П Е >i р ует О г(ь (ич?!и (са,"-Зотк Gi Г) замьпса ((Из или Отсутстьии заданного уро;ня на13144 скорость изменения тока преобразователя больше порогового значения,равного максимальной скорости изменения тока нагрузки dI„/dt -. (dI„/dt ), (dI(„/dt )мс,„< ° В ре.-ультате KQMIIapa 5 тор 9 срабатывает, сигнал с. его выхода поступает на первый вход элемента ИЛИ 15, который запускает блок 17 управления на отключение тока короткого замыкания тиристорным ключом с 10 принудительной коммутацией 5. Сигf:àë с выхода компаратора 9 поступает так. же на первый вход блока 14 контроля и сигнализации аварийного рех<има, который сигнализирует, что произошло 15 короткое замыкание, сработало устройство защиты.

Б случае необходимости отключение нагрузки 2 от преобразователя 1 может производиться и в нормальном ре- 20 жиме работы, с использованием ручного управления, Для этой цели предусмотрен блок 16 ручного отключения, который может быть выполнен на основе кнопки с замыкающим контактом, к одной пластине которого подсоецинена клемма источника питания. При нажатии на кнопку на выходе блока 16 появляется сигнал, поступающий на третий вход элемента ИЛИ 15. В дальней- 30 шем, как и в случае аварийного режима, срабатывает тиристорный ключ 5 с принудительной коммутацией и отключает нагрузку 2 от преобразователя. 35

Короткие замыкания в нагрузке и между токопроводамк, а также перегрузки могут быть проходящими к устойчивыми. Ва><ной особенностью уст- 10 ройства защиты является то, что в случае наличия короткого замыкания или перегрузки после срабатывания устройства защиты его нельзя включать, так как оно не сможет Отклю.— чить в этом случае аварийный ток.

Это объясняется высоким быстродействием устройства при отключении тока короткого замьп<ания к перегрузки, которое приводит к тому, что время включения тиристорного ключа 5 с принудительной коммутацией t.„„„ намного больше времени его Отклю ения (<. > ). И поэтому за время включения тиристорного ключа

5, при наличии непроходящего аварийного режима, произойдет его включение, затем отключение, а после этого вновь включение к ток короткого за14 6 мыкания уже не сможет быть отключен, так как к этому не готов узел принудительной коммутации. Следовательно, при устойчивом коротком замыкании, а также перегрузке устройство защиты не должно включаться, так как это вызовет выход иэ строя элементов устройства защиты и преобразователя, Кроме того, аналогичные последствия буд.„т иметь место в случае отсутствия: готовности узла принудительной коммутации тиристорного ключа 5.Его готовность выражается в наличии необходимой величины и соответствующей полярности напряжения на коммутирующем конденсаторе. Если это требование не выполняется, то коммутация ткристорого ключа не возможна, а следовательно, невозможно и отключение тока короткого замыкания кли перегрузки устройством защиты. При отключении аварийного режима происходит не только разряд коммутирующего конденсатора„ но и его перезаряд с обратной полярностью.

С целью исключения возможности несрабатывания защиты при включении устройства илк при его повторном включении после от;:.<лючения аварийноvo режима, как при использовании руч. ного так к автоматического управления, устройство снабжено двумя датчиками 18 к 19 напряжения, Первый датчик напряжения 18 подключен к диоду 3 и контролирует на нем напряжение. В нормальном режиме работы пре образователя по диоду 3 протекает ток в прямом направлении к поэтому пацение напряжения на диоде 3 не превышает 1-2 В, При отключенной нагрузке напряжение на диоде равно нулю.

Если в нагрузке или между токопрово- дами короткое замыкание, то напряженке на диоде 3 равно напряжению на выходе преобразователя. Поэтому по величине напрям<енкя на диоде 3 можно судить о налички илк отсутствии короткого замыкания. Прк наличии корОткОГО замыкания на выходе перВОГО датчика 18 напряжения имеется сигнал, поступающий на вход компаратора 20.

При э ом на его выходе сигнал отсутствует и, следовательно, отсутствуют сигналы на втором входе и выходе эле мента И 22, и также на первом входе к выходе элемента И 23, Поэтому отсутствует управляющий сигнал на вхо де бло -.а 26 управгенкя включением

7 1 тиристорного ключа 5, что означает запрет на включение последнего. Далее, если появятся сигналы на выходах блока 24 автоматического повторного включения или блока 25 ручного включения, тиристорный ключ 5 с искусственной коммутацией не включится из-за отсутствия сигнала на первом входе элемента И 23.

Также не произойдет включения тиристорно".î ключа :" с искусственной коммутацией, если напряжение на коммутирующем конденсаторе последнего не достигнет заданной величины, необходимой для надежной коммутации главного тиристора тиристорного ключа 5. Контроль за напряжением на коммутирующем конденсаторе осуществляет второй датчик напряжения 19, Если напряжение на конденсаторе меньше заданного, то на выходе компаратора 21 сигнал отсутствует, и, следовательно, отсутствуют входной и выходной сигналы элемента И 22 и отсутствуют сигналы на первом входе и выходе элемента И 23, что означает запрет включения тиристорного ключа

5 с искусственной коммутацией. Как только напряжение на коммутирующем конденсаторе достигает заданного . уровня сигнал на выходе второго датчика 19 напряжения оказывается достаточным для срабатывания компаратора 21, на выходе последнего появляется сигнал, поступающий на вход элемента И 22, что означает разрешение на включение тиристорного ключа 5.

Следовательно, только при отсутствии короткого замыкания в нагрузке 2 или токопроводах для ее подключения и при наличии напряжения на коммутирующем конденсаторе тиристорного ключа 5 с искусственной коммутацией,, достаточного для надежной коммутации главного тиристора тиристорного ключа 5, возможно включение последнего как блоком 25 ручного включения,так и блоком 24 автоматического повторного включения. Блоки 27 и 28 соот314414

Блок 24 автоматического повторного включения работает следующим образом. Для включения в работу блока щ0 24 автоматического повторного включения переключатель 40 переходит из положения "0", соответствующего запрету на функционирование режима автоматического повторного включения

t в положение " 1", разрешающего данный режим. На первый вход элемента И 39

35 щая, то блок 24 автоматического повторного включения -обеспечит автоматическое включение тиристорого ключа 5 с искусственной коммутацией при условии устранения короткого замыкания или перегрузки и при достижении напряжения на коммутирующем конденсаторе заданной величины.

Датчики 18 и 19 напряжения работают следующим образом.

При отсутствии измеряемого напряжения Б „ или его малого значения, сопротивление магнитодиода 29 большое, входной ток операционного усилителя 31 мал и напряжение U „„ на его выходе равно нулю. С увеличением контролируемого напряжения .

bx увеличивается ток протекающий по катушке 30 и магнитная индукция в катушке 30, сопротивление магнитодиода 29 уменьшается, входной ток усилителя 3 1 увеличивается и увеличивается выходное напряжение U „ Датчик напряжения обладает малыми габаритами, обладает положительными свойствами, присущими элементам микроэлектроники и обеспечивает развязку силовых контролируемых цепей и цепей управления устройства- защиты.

Кроме магнитодиода может быть использован другой магнитоуправляемый полупроводниковый прибор, например, магниторезистор или магнитотранзистор. поступает сигнал от источника П через переключатель 40 и резистор 4 1.

При появлении сигнала U „, поступающего на вход блока 42 временной за55 ветственно осуществляют контроль и сигнализацию наличия короткого замыкания в нагрузке 2 и отсутствие заданной величины напряжения на коммутирующем конденсаторе тиристорного ключа 5 с искусственной коммутацией.

Если режим короткого замыкания в нагрузке 2 или перегрузка проходядержки, через заданную выдержку времени, определяемую блоком 42 в соответствии с требованиями к режиму автоматического повторного включения, на выходе блока 42 появляется сигнал. поступающий на второй вход элемента

И 39. В результате появляется сигнал

П,„ на выходе блока автоматического повторного включения.

13142114

Описанное ус тр ойс тВ а 1 ?1я 13 ящиты преобразователя повьв((ает надежность путем диагностирования наличия короткого замыкания или перегрузки в нагрузке Г(реобразователя и состояния тиристорного ключа с принудительной коммутацией, что иключает В(3зиажнос(1 включения устройства в случаях„.когда его срабатывание невозможна и, слец0вательно искл?очает повреждение пре- TG образователя от прот=ê..àíèÿ сверхтоков. 1(роме того, устройства обеспечивает автоматическое повторное подключение нагрузки к преобразавател?о при проходящих перегрузках и коротких 15 замыканиях в нагрузке и та. :копроводах для ее Воцключения, Использование магнитоуправляемых <полупроводш(ковь(1. приборов В датчике напряжения позволяет обеспечить потепциаль;!у(о 1яз 2р вязку системы управления устройством и силовых цепей, а также повысить безопасность обслуживания устройства .для защиты. Использование элементов микроэлектроники обеспечивает малое

) потребление электроэнергии, минимизацию мяссогабяритных показателей устройства для защиты и палуче.:!ия всех положительных свойств, пр?!Су<д((х зг< элементам микроэлектроники, ..<0

Ф о р м у л а и э о б р е т е н и я

Устройство для защиты преобра-зователя, содержащее обрат ((о 13кл!Очe«-, ный диод, подсоединенный анодам к одной из клемм для подключения нагрузки, вторая клемма для подключения которой подсоединена с помощью общей шины к одной из выходных клемм преаб-,,;g разователя, вторая клемма которого через Воследавятельно соединенные датчик скорости изменения така и цятчик така подсоеди<(еня к катоду д(ада, цепь из последоватсльн<3 соедине(г,(5 ных источника ап013нага така, ти13исторного кл!оча с принудител ной коммутацией и дросселя, надк:поченную соответственна к катоду и »«оду диода, выход датчика c«opoc?;: измен:.?!Н(1;0 тока через первы?й ко?(паратор подк.;(очен к первому входу блока кон(pGJ =. и сигнализации аварий«ага режима и к первому входу трехвходавога э.(е:,е.!та ИЛИ, выход дат (яка тока черсs «0следовательно соединенные блок зада-ния уставки и блок управления исто:1-< ником опорного тося подключен к управляющему Входу источника опар«ага

Та(Я > ВЬ(Х<3 (1, ДЯ! ЧИК" ТОК Я ПОДК :(<"

Входу блока кант(10л» - o"„» <ерез блок регул?(руеиой запер,.:.ки ключен к второму 10(оду блок: (.антраля и сигнализ-Зции ".â»pHéí

Выход элема((я а И.,и через блок управ-ления Откл!о !ением;-иристорнага к!!ГО3

3(я С !Jpi(II f13!«! О31 Ы: О(< " 3 (? 13"" я (!(ей обеспечения»вта ч» Ги:ескага повто;3 ного включения, в нсго Введены двя датчика «»пряже(и!я. второй и третий кампаратары,.;?(зя днухвходавых элемента И и блок автоматического пов""OP I(01 0 ВКЛIОЧЕ ?(ИЯ ) ИВИЧ ЕМ 13ХО (IIEP

130 i 0 датчика i .яп рях<е 1(ия падк!(ю -:p iI?

",«ÎÄ3< а выхo?!, -(с(3 с 3 В" ОР Ой 13

) Я 1 ОР ПОДКЛ<О<(Е Е(К <ЕР ЬЗGМ БХ ОДУ ПС(P—

ВОГ О э.<(емент .1 И,,ВхОд ВтарО. 0 дятчи" к» напряжения надклк1че?- к узлу lipH

:.удительнои ко (мутации тирист(3рнагс<

;3п<(ча, а Выход чсрез третий комl! = p=

1 ОР Г!ОДК.(П 3ЧЕ i! К O Ò "0(30."(" ВХО< y ПЕРВО го элеме!1 Оя, < вь?ход кот араго «одключе к;(ернаму Входу второг0 3JI мента И и к входу блока автомати -.ес-. кага повторного Вк.<ючения, выход коT<3POF 0 ПОДКЛЮЧЕН К ВЫХОДУ ОЛОКЯ 33У< !! 0 I 0 Б КЛ 10 < (С Н И Я Т И 13 И С Т O P l-: 0 Г 0 К Л (О Ч Я С принуд!!ТС3!ь!!ОЙ ка:?мутацией и к Второмуу Входу второго э?1емен-;г И, В I;;0<, которога подкл(оче?1 к входу блока

P»ÁJ1E ни я 13кл!Оч с ни ем I èl3 Icò0Ð 1?ОГО lол!О

1ipI Hудите :-(ьнай к оммут я<(Iel(, 2. Устройства пс и. j, 0 т л и а О щ е E с я тсм, чта В не<-0 вводе<1 блок j3$ H((ÎÃО Отк<. О;аш.я тирис 1 ср"

«ог 0 ключа с принудитель< ой ко..", ;утяII;.<Ей, ВЫХОД КатОРагÎ Падк.г

Р 13 EJ(EI(I (Дв» 63(01(ñ1 Ii OH7(3 <33!I и сиГ н Я .!1:"

:! !ЦИИ, 13ХО Ы КО:О!3Ь;Х ПО <Кг«; lei!Ы Са

13144

Составитель О,Мещерякова

Редактор М.Товтин Техред Л,Кравчук Корректор Е. Рошко

Заказ 2216/53 Тираж 619 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР го делам изобретений и открытий .113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4 ответственно к выходам второго и третьего компараторов.

4. Устройство по пп.1-3, о т л ич а ю щ е е с я тем, что датчик напряжения выполнен на магнитодиоде,, помещенном в магнитном поле катушки индуктивности, подключенной через первый резистор и диод к контролируемой цепи, анод магнитодиода соединен с положительной клеммой для подключения источника питания, а катод магнитодиода подключен через первый резистор к инвертирующему входу операционного усилителя, который через второй резис-ор подключен к выходу операционного усилителя, а неинвертирующий вход операционного усилителя подсоединен через третий резистор к общеи шине источника питания. 20

14 !2

5. Устройство по пп.1-3, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок контроля и сигнализации выполнен на светодиоде, анод которого подключен к выходу компаратора, а катод — через резистор подключен к общей шине источника питания, 6. Устройство по пп.1-3, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок автоматического повторного включения выполнен на элементе И, первый вход которого через резистор и контакт универсального переключателя подключен к положительному выводу для подключения источника питания, а второй вход через блок временной задержки подключен к входной клемме блока автоматического повторного включения, выходом которого является выход элемента И.