Устройство для защиты тиристоров преобразователя от перенапряжений

 

Изобретение относится к электротехнике , в частности к устройствам защиты полупроводниковых преобразователей от перенапряжений, и может быть 10 L-I использовано при создании источников питания на полупроводниковых вентилях . Целью изобретения является повышение надежности устройства в условиях действия длительньЬс перенапряжений . При перенапряжениях импульсы тока передаются через трансформатор тока 5 на функциональный преобразователь 7, моделирующий тепловую постоянную времени защищаемых тиристоров . При превышении порога срабатывания порогового элемента 8 поступает сигнал на исполнительный элемент 9, снимающий импульсы управления . За счет введения вьшрямителя 6 обеспечивается независимость условий срабатывания устройства от длительности перенапряжения. 2 ил. с SS (Л с со Сд О 4 4 N)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (5ц 4 Н 02 Н 7/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фиг.1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР пО делАм изОБРетений и ОтнРытий (61) 1288812 (21) 4024152/24-07 (22) 19.02.86 (46) 07.11.87. Бюл. № 41 (71) Уфимский авиационныи институт им. Серго Орджоникидзе (72) А.В.Иванов, М.M.Мульменко, С.Д.Короткин и P.Ã.Þíóñoâ (53) 621.316.925.4:621.314.572(088.8) . (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1288812, кл. Н 02 Н 7/12, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ТИРИСТОРОВ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам защиты полупроводниковых преобразователей от перенапряжений, и может быть

„„SU„„1350744 использовано при создании источников питания на полупроводниковых вентилях. Целью изобретения является повышение надежности устройства в условиях действия длительных перенапряжений. При перенапряжениях импульсы тока передаются через трансформатор тока 5 на функциональный преобразователь 7, моделирующий тепловую пос- тоянную времени защищаемых тиристоров. При превышении порога срабатывания порогового элемента 8 поступает сигнал на исполнительный элемент 9, снимающий импульсы управления. За счет введения выпрямителя

6 обеспечивается независимость условий срабатывания устройства от длительности перенапряжения. 2 ил.

1 135074

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам защиты полупроводниковых преобразователей от перенапряжений, может быть с использовано при создании источников питания на полупроводниковых вентилях и является усовершенствованием изобретения по авт.св. Ф 1288812.

Пель изобретения — повышение надежности устройства в условиях действия длительных перенапряжений.

На фиг.1 приведена электрическая схема устройства; на фиг.2 — временные диаграммы, поясняющие принцип его 1работы.

Устройство зашиты тиристоров преобразователя 1 содержит ограничители 2-4 напряжения, подключенные параллельно вентилям преобразователя, датчик 5 тока, выпрямитель 6, функциональный преобразователь 7, пороговый элемент 8 и исполнительный элемент 9 защиты. Датчик 5 тока выполнен в виде трансформатора тока с 25 тремя первичными обмотками (по числу вентилей и ограничителей напряжения), каждая из которых включена в цепь соответствующего ограничителя напряжения, а вторичная обмотка через выпря- ЗО митель 6, функциональный преобразова.тель 7 и пороговый элемент 8 связана с исполнительным элементом защиты. В цепь питания включен выключатель 10, который также может быть связан с исполнительным органом 9 защиты.

Устройство работает следующим образом.

При нормальных режимах работы и номинальных напряжениях на вентилях преобразователя ток через ограничители напряжения черезвычайно мал и сигнал на вторичной обмотке трансформатора 5 тока близок к нулю (фиг.2).

Величина напряжения ограничителей

2-4 напряжения выбирается по максимально допустимому напряжению вентилей преобразователя 1, и в случае возникновения аварийных режимов, сопровождающихся превышением напряжения на вентилях максимально допусти50 мого значения, ограничители 2-4 напряжения вступают в работу. При этом они ограничивают напряжение на вентилях на максимально допустимом уровне U и через первичные обмотки трансформатора 5 тока протекает ток значительной величины (десятt . ки-сотни ампер) в виде однополярных

4 2 импульсов (фиг.2) ° Во вторичной обмотке трансформатора протекает переменный ток, по форме воспроизводящий сумму импульсов тока, протекающих через первичные обмотки. Таким образом, при перенапряжениях даже только на одном вентиле на выходе датчика 5 тока возникает сигнал.

Этот сигнал, с помощью выпрямителя преобразованный в однополярные импульсы, поступает на функциональный преобразователь 7, выполненный, например, в виде интегрирующей RC-цепочки. При достижении выходным сигналом функционального преобразователя U„ порога срабатывания элемента

8 Б„р последний выдает импульсный сигнал U» включающий исполнйтельный элемент 9 защиты, который может либо снять импульсы управления с вентилей преобразователя 1, либо подать непрерывный сигнал отпирания на них, либо отключить преобразователь от источника питания (фиг.1, связь, показанная штриховойлинией).Запрет подачи управляющих импульсов приводит к остановке в работе преобразователя и, следовательно, устранению аварийных перенапряжений, если они вызваны внутренними процессами преобразователя (например, раскачкой напряжений в автономном инверторе). Подача отпирающего сигнала приводит к принудительному включению вентилей и снятию с них напряжения; в этом случае необходимо одновременно ограничение тока вентилей или отключение преобразователя от источника питания. В третьем варианте прекращение аварийного режима обеспечивается отключением преобразователя от источника питания.

Функциональный преобразователь играет роль аналоговой тепловой модели ограничителя напряжения, входным сигналом которой является энергия тепловых потерь, выделяющаяся в нем, а выходным — температура ограничителя °

Для надежного функционирования устройства существенно правильно выбрать структуру модели и ее параметры.

Энергия тепловых потерь Ы в ограничителе напряжений выражается через напряжение Б и ток i, протекаюQfp щий через ограничитель, с помощью формулы 1

) о агр

1 (1) о где t — - время.

1350744

Т=Т+ с ш (3) cm

RC т (7) Поскольку П можно считать постоянным, Ы вЂ” ио 10ГР dt (2) о

При отсутствии теплоотдачи в окружающую среду температура ограничителя Т равна где Т вЂ” температура окружающей среды; с иш — удельная теплоемкость и масса ограничителя напряжения.

С учетом теплоотдачи, пренебрегая потерями на излучение и используя выражения (2) и (3), запишем

1 t

U )i, dt — у 5(Т вЂ” T )dt

T-Т + — -о- (4) о с m

У где — уделвная теплопроводность

0 ограничитель напряжения— среда.

Дифференцируя выражение (4), после некоторых преобразований получим

d(T — T„) cm U о 1- ог — — — — — - — + (Т вЂ” Т )= — — - . (5)

dt o

Функциональный преобразователь 7 описывается аналогичным уравнением ,ш, с Rc + U = 1R и (6) где U — напряжение на конденсаторе; — входной ток, пропорциональный току ограничителя напряжения;

R — сопротивление резистора;

С вЂ” емкость конденсатора.

Очевидно, должны соблюдаться равенства

R = — К.m

Uo, (8)

7 где К вЂ” коэффициент трансформации; ш — масштабный коэффициент.

Таким образом, при выборе параметров функционального преобразователя 7 в соответствии с формулами

S0

55 (7) и (8) выходной сигнал U„= U„ функционального преобразователя пропорционален температуре перегрева ограничителей напряжений. Напряжение срабатывания порогового элемента выбирается в соответствии с предельно допустимой температурой перегрева ограничителя напряжения, что позволяет избежать необратимого теплового пробоя последнего.

На фиг.2 (временная диаграмма) показано, что при прохождении импульсов тока 1 через ограничители

2-4 напряжения (или через один из них) изменяется сигнал U = U на выходе функционального преобразователя 7, отражая в масштабе m нарастание температуры структуры ограничителя напряжения, При достижении сигналом порога срабатывания порогового элемента 8 (U „ ) последний выдает сигнал на включение исполнительного элемента защиты. Назначение исполнительного элемента 9 защиты — снижение напряжения на вентилях преобразователя для безопасного уровня, при котором ограничители напряжения не пропускают ток и не нагреваются.

На фиг.2 приведены временные диаграммы сигнала исполнительного элемента

9 защиты, выполненного в виде схемы запрета управления вентилями. Начиная с момента „ (фиг.2), вступают в работу ограничители 2-4 напряжения, а в момент t выходной сигнал функционального преобразователя достигает порога, и в результате срабатывания исполнительного элемента 9 пода- ча управляющих импульсов на вентили (фиг.2, диаграмма U<) прекращается и преобразователь перестает работать.

Вследствие разряда коммутирующего конденсатора напряжение на вентилях снижается до безопасной величины., Существенное значение для нормальной работы устройства имеет выпрямитель 6. Благодаря введению в схему выпрямителя 6 импульсный сигнал, амплитуда которого пропорциональна току ограничителей напряжения, поступает на вход функционального преобразователя 7 не только в течение переходного процесса нарастания тока намагничивания трансформатора, как в известном устройстве, но и при сколь угодно длительном действии перенапряжений. Для измерения полной амплитуды тока может быть использо13507

Использование изобретения позволяет повысить надежность устройства и снизить установленную мощность трансформатора тока. Повышение надежности обеспечивается работоспособностью устройства при любой длительности действия перенапряжений.

Ф о р м у л а и з обретения

L2,3p foal

1у

Фиг. z

Составитель В.Широков

Техред N.Ìîðãентал

Редактор С.Пекарь

Корректор Л. Патай

Заказ 5291/52 Тираж 618 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 вана схема выпрямителя с удвоением напряжения, в случае использования обычных схем выпрямления выходной сигнал имеет погрешность, равную среднему значению сигнала первичных обмоток, уменьшенному в коэффициент трансформации раз. Односторонняя проводимость выпрямителя предотвращает разряд конденсатора функционального преобразователя 7 через вторич-, 1Î ную обмотку трансформатора 5. При отсутствии выпрямителя постоянная составляющая напряжения на конденсаторе функционального преобразовате ля приводит к нарастанию тока íà- 15 магничивания на вторичной обмотке трансформатора, что вынуждает неоправданно увеличивать габариты трансформатора с целью избежать его насыщения, а также приводит к разряду д) конденсатора функционального преобразователя через вторичную обмотку.

Кроме того, использование двухполупериодных схем выпрямителя 6 упрощает наладку устройства, так как 25

44 6 в этом случае не требуется фазировать сигнал вторичной обмотки трансформатора 5, т.е, ее включение может быть произвольным.

Устройство для защиты тиристоров преобразователя от перенапряжений по авт.св. Ф 1288812, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения надежности в условиях действия длительных перенапряжений, введен выпрямитель, включенный между вторичной обмоткой трансформатора тока и входом функционального преобразователя.