Устройство для защиты автономного инвертора напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является повышение надежности путем ограничения коммутационных напряжений и обеспечение надежного восстановления вентильных свойств силовых тиристоров. При возникновении короткого замыкания в инверторе 21 ток, протекающий через датчик 19 тока, достигает величины тока первой уставки, срабатывает первый компаратор 43 и выдает сигнал на включение тиристоров 13 и 11. При включении тиристора 13 ток короткого замыкания нарастает под действием двух напряжений: коммутирующего конденсатора 12 и фильтрового конденсатора 7. Вследствие этого величина сигнала, снимаемого с датчика 19 тока достигает величины тока второй уставки. Срабатывает второй компаратор 44 и включается дополнительный тиристор 5. В результате значительно снижается величина ударного тока перезаряда двух последовательно включенных конденсаторов путем разделения его между дополнительным тиристором 5 и силовыми тиристорами инвертора 21. Тем самым снижается и величина избыточного тока перезаряда конденсатора 12 по цепи тиристора 11, что уменьшает закачку энергии в конденсатор 12, снижая уровень напряжений, прикладываемых к элементам защиты, и повышая надежность их работы. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (19) SU (ll) (ц П 02 Н 7/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ л

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ДО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОтНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР

1 (21) 4475375/24-07 (22) 18.08.88 (46) 07.07.90. Бюл. Ф 25 (71) Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт комплектного электропривода и Сибирский завод комплектного злектропривода Сибстанкоэлектропривод" (?2) Г.H. Коваливкер. Ю.И. Иньков, Г.В. Кузина и Л.М. Иирецкая (53) 621.316.925.4(088.8) (56)Авторское свидетельство СССР

У 877696, кл. FI 02 Н 7/10, 1980.

Авторское свидетельство СССР

У 1467659, кл. Н 02 Н 7/12, 04.08.87. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ABTOF ONHOГО ИНВЕРТОРА НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является повышение надежности путем ограничения коммутационных напряжений и обеспечение надежного восстановления вентил:-ных cBQAcTB силовых тиристоров.

При гозникновснии короткого замыкания в инверторе 21 ток, протекающий через датчик 19 тока, достигает величины тока первой уставки, срабатывает первый компаратор и выдает сигнал на включение тиристоров 13 и 11. При включении тиристора 13 ток короткого .àìûêàния нарастает под действием двух напряжении! коммутирующего конденсатора 12 и фильтрового конденсатора 7, Вследствие этого величина сигнала„ снимаемого с датчика 19 тока, достигае- величины тока второй уставки., Срабатывает второй компара-. ор и включается дополнительный тиристор 5„ В результате значительно снижается величина ударного тока перезаряда двух последовательно включенных конденсаторов путем разделения его между допо».нительным тиристором

S и силовьпп. тнристсрами инвертора

21. Тем самым снижается и величина

1576971 избыточного тока перезаряда сатора 12 по цепи тиристора уменьшает закачку энергии в (конден11, что конденсатор 12, снижая уровень напряжений, прикладываемых к элементам защиты, и повышая надежность их работы. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и може- быть использовано дпя защиты автономных инверторов напряжения.

Цель изобретения — повышение на.дежности путем снижения коммутацион, ных напряжений и обеспечения надежного восстановления вентильных свойств силовых тирисIоров инвертора, Иа фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства для защиты; на фиг. 2 — принципиальная схема Олока управления защитой.

Устройство содержит источник 1 пи тания защищаемого инвертора, цепь, включающую резистор 2 и диод 3, подсоединенную одним выводом к положительному выходу источника 1 питания, дополнительный реактор 4, подключенный последовательно с дот..олнительным тирлстОрОМ 5, подсОединенным катодОм к отрицательному выходу источника 1 питания, токоограничивающий реакгор

6, подсоединенный параллельно цепи из резистора 2 и диода 3, Фильтровой конденсатор 7 автономного инвертора напряжения, тиристорный ключ 8, предиазначенпьп для подключения катоцом к положительному выводу инвертора, ограничительный резистор 9„,подсоединенный паралепльно тиристорному ключу

8, разрядный резистор 10 и обратный тиристор 11,, подсоединенные параллельно тиристорному ключу 8. цепочку из коммутирующего конденсатора i? коммутирующего тиристора 13 с подключенным встречно-параллельно обратным диодом 14 и коммутирующего реактора

".5, подсоединенную параллельно тиристорному ключу 8, зарядные резистор

16, диод 17 и трансформатор 18, предназначенные для заряда коммутирующего конденсатора 12, датчик тока, выполненный в виде шунта 19, к одному из выводов которого подсоединен катодом тиристорный ключ 8, другой вывод шунта 19 соединен с входом автономного инвертора напряжения через автоматический выключатель 20, автономный инвертор 21 напряжения, состоящий из силовых тиристоров 22-27, распределительных тиристоров 28-33, обратных тиристоров, 34-39 и узла 40 принудительной коммутации, в котором выводы постоянного тока моста силсвых и моста обратных тиристоров подсоединены к входным выводам инвертора, выводы переменнога тока указанных мостов и моста распределительных тиристоров подсоединяются к трехфазной нагрузке, а выводы постоянного тока моста раси(ределите(1ь ных тиристоров соединяются с

2п выводами узла принудительной коммутации,, соединенного с входными шинами инвертора напряжения, блок 41 управления защитой, Ълок 41 управления защитой (фиг.2)

25 содержит усилитель 42 с гальваничес,кой развязкой, первый и второй компараторы 43 и 44, формирователь 45 импульсон управления, элемент НЕ 46, элемент И 47, усилители-формировате311 ли 48-50, импульсов управления соответственно коммутирующим 13, обратным

11 и дополнительным 5 тиристорами, элемент И)И 51, усилитель-формирователь 52 импульсов управления тиристорным ключом 8.

Входы блока 41 управления соединяются с выводами шунта 19. Ча вход блока 41 управления подаются также сигналы уставок срабатывания защиты

yp (I,,T. ) и логические сигналы выбора „(Ст(° ЧС7 2 режима работы (" Тяга","Торможение" ), определяющие знак напряжения фильтрово,го конденсатора в зависимости от знака напряжения фильтрового конденсато„5 ра. Выходы усилителя 42 соединяются с входами компараторов 43 и 44, при этом на вторые входы компараторов 43 и 44 подаются сигналы уставок Х и Х „,, срабатывания защиты. Вьжоды комнараторов соединяются с входами формирователя 45 и усилчтеля-формирователя 50 Выход формирователя 45 соединяется с элементом НЕ 46 и усилителями-формирователями 48 и 49, выход элемента НЕ 46 соединяется с входом элемента И 47, выход которого соединяется с элементом ИЛИ 51, выход эле мснта ИЛИ 51 соединяется со входом. усилителя-формирователя 52. Заходы

5 15 формирователей 48 — 50 и 52 соединяются соответственно с управляющими выводами тиристоров 13, 11, 5 и 8 устройства защиты инвертора. На вторые входы элементов И 47 и ИЛИ 51 подаются логические сигналы управления, соответствующие режимам "Тяга", Торможение .

Устройство работает следующим образом.

Рассмотрим ситуацию увеличения то ка нагрузки, например, при срыве сцепления. В режиме "Тяга" от блока

41 управления подается сигнал на включение ткристорного ключа 8 и ток нагрузки замыкается по цепи: преобразователь 1, тиристор 8, шунт 19, выключатель 20, инвертор 21. Исходная полярность фильтрового конденсатора 7 показана на фиг. 1 без скобок

1!усть были включены силовые тиристоры 22, 25 и 26. При срыве сцепления ток возрастает по цепи фильтрового конденсатора: ?, 6, 8, 19, 20, 22, нагрузка, 25, 7. При этом с шунта 19 поступают сигналы на вход блока 41 управления, где сравниваются с сигналом уставки. При достижении сигналом, снимаемым с датчика 19 тока, уровня сигнала уставки I, на тирксторы

13 и 11 выдаются импульсы управления.

Конденсатор 12 в исходном состоянии имеет полярность, указанную на фиг. 1.

При включении тиристоров 13 и 11 он начинает перезармкаться по цепи:

12, 13, 15, 8, 12 и тиристорный ключ

8 запирается, Ток тиристорного ключа

8 вытесняется в цепь коммутирующего конденсатора 12 и ток нагрузки замы— кается по цепи: 7, 6, 12, 13, 15, 19, 20, 22, нагрузка, 25,7. Перезаряд конденсатора осуществляется в колебательном режиме, избыточный ток пере- . заряда конденсатора 12 замыкается по контуру: 12, 13, 15, 11, 10, 12, так как сопротивление резистора 10 выоирается на порядок меньше сопротивления резистора 9.

Для восстановления вентильных свойств тиристорного ключа 8 к нему прикладывается падение напряжения на резисторе 10. При достижении на конденсаторе 12 напряжения, равного напряжению фильтрового конденсатора, начинается процесс выключения тиристора 13. Восстановление вентильных свойств тиристора 13 происходит по

76971 6 контурам: 12, 6, 7, ?5, нагрузка, 22, 20,,9, 15, 13, 12 и 12,9, 15, 13, 12, а тиркстора 11 по контуру: 12, 10, 11, 15 14, 12.

Прк выключении тиристора 13 ток нагрузки переводится в цепь ограничительного резистора 9 и начинает спадать. Затем с вьдержкой временк, равной постоянной времени нагрузки, блок

41 управления выдает импульс на включение тиристорного ключа 8 и инвертор 21 продолжает нормально функционировать.

Рассмотрим работу устройства в аварийных ситуациях при тепловом пробое р-и переходов силовых ткристоров.

Пусть в результате аварки потерял венткльные свойства тиркстор 23, что привело к возникновению короткого замыкания фк ьтрового конденсатора по контуру 7, 6, 8, 19, 20, 22, 23, 7.

Прк этом быстро нарастающий ток короткого замыкания, протекающий через шунт 19, достигает величины тока уставки (!.„,1 срабатывания защиты, прк котором блок 41 управления выдает сигналы на включение гкрксторов 13 и

11. Ток короткого замыкания из цепи запирающегося ткристорного ключа 8 переводктся в цепь тиристора 13, создавая следующий контур: 7, 6, 12, 13, 15, 19 20, 22, 23, 7. Прк включении тиристора 13 ток короткого замыкания нарастает под действием двух напря.— жений: коммуткрующе о конденсатора

12 и фильтрового 7. Вследствие этого величина его выше, чем в упомянутом ранее режиме, и при достижении сигналом, снимаемым с шунта 19, уровня

1 включается дополнительный ткрис. с тор 5.

Включечке дополнительного тиркстора 5 гозволяет значительно снизить

45 велкчкну усарного тока перезаряда двух последовательно включенных конденсаторов путем разделения его между дополнительным тиристором (контур 7, 6, 2, 4, 5, 7) и силовыми ткристорами

5О инвертора (контур 7, 6, 8, 19, 20, ?1, 7). Тем самым снижается и величина избыточного тока перезаряда конденсатора 12 по цепи тиристора 11, что уменьшает закачку энергии в конденсатор .12, снижая уровень напряжений, прикладываемых к элементам защиты и повышая надежность кх работы. !

1ерезаряд конденсатора 7 сопровождается накоплением энергии в индуктив1576971 настях рассеяния реакторов 6 и 4. При этом при смене знака ЭДС реактора 6 энергия, запасенная током нагрузки, расходуется в контуре: 6, 2, 3 и не возвращается в конденсатор 7. Наряду

5 с указанным контуром перезаряд конденсатора 7 осуществляется также по контуру. 7, 6, 2, 4, 5, 7, после включения дополнительного тиристара

5 и часть энергии возвращается в конденсатор и удерживает на нем напряжение отрицательной полярности, необходимое для надежного восстановления вентильных свойств силовых тиристоров 15 инвертара, Таким образом, после запирания тиристорного ключа 8 ток короткого замыкания, протекающий по цепи коммутирующего тиристора 13, перезаряжает коммутирующий конденсатор за|циты по контуру: 12, 13, 15, 11, 10, 12. В результате перезаряда конденсатора 12 запирается коммутирующий тиристор

13 и ток короткого замыкания перево- 25

,дится в результате включения,цополнительного тиристора 5 в контур 7, 6, 2, 4, 5, 97, закачивая энергию в дополнительный реактор 4.

Таки, оЬусловленные индуктивностями рассеяния фаз нагрузки при включении обратных тиристоров замыкаются па контурам: нагрузка фазы А, 34, 20, 19, 9, 2, 3, 7, 37, нагрузка Фазы В, или нагрузка фазы С, 38, 20, 19, 2, 3, 7, 37, нагрузка фазы В.

При этом. напряжение фильтрового конденсатора 7 в результате закачивания запасенной в индуктивностях рассеивания энергии дополнительного 910 реактора 4 меняет знак, вследствие чего тиристоры 22 и 26 выключаются па цепи "+" 7, 37, нагрузка фазы В, нагрузка фазы А (нагрузка Фазы С, 22, (26), 20, 19, 9, 2, 3, "-" 7, а затем 45 при спаде токов нагрузки до нуля выключается тиристор 25.

Индуктивность токоограничивающего реактора 6 выбирается из условия ограничения скорости нарастания тока наг- 5Î рузки таким образом, чтобы за время прохождения сигналов в канале управления и включении коммутирующего и разрядного тиристоров, его величина не превысила величину максимального коммутируемого узлом принудительной коммутации (УПК) тока, вследствие.чего ва всех стационарных режимах УПК оЬеспечивает надежное выключение вентилей автономного инвертора напряжения.

Индуктивность дополнительного реактора 4 выбирается из условия ограничения совместна с токоограничивающим реактором 6 допустимой величины ударного тока короткогс замыкания и скорости его нарастания.

При этом волновое сопротивление контура: 7, 6, 2, 4, 5, 7 должно быть меньше, чем волновое сопротивление контура". 7, 6, 12, 13„ 15, !99 20, 22, 23, 7. Эта условие позволяет большую часть тока короткого замыкания перевести в цепь дополнительных тиристора 5 и реактора 4 и снизить уровень коммутационных перенапряжений на конденсаторе 12.

В режиме рекуперации при возникновении короткого замыкания по цепи обратного тиристорного моста величина тока ограничивается резистором 9.

Рассмотрим работу блока 41 в режиме "Тяга", Па вход элемента И 47 падается логический сигнал, соответствующий 1. С выхода элемента ШЗИ 51 при отсутствии сигнала с формирователя 45 подается логический сигнал, равный 1, вследствие чего с выхода элемента И 47 на вход элемента ИЛИ 51 подается сигнал, равный 1. С выхода элемента ИЛИ 51 на вход усилителя-формирователя 52 подается сигнал, равный

1, и формирователь выдает сигнал на включение тиристорно"o ключа 8. На вход усилителя 42 подается сигнал с шунта 19, соответствующий мгновенному значению тока на входе инвертора, Этот сигнал сравнивается с сигналами уставки на входе компараторов 43 и 44.

При условии превышания током нагрузки тока уставки Х„, выдается сигнал на вход формирователя 45. С выхода формирователя 45 на вход элемента

НЕ 46 поступает сигнал, равный 1, соответственно на вход элемента И 47 подается логический сигнал, равный О, а с выхода элемента И 47 снимается ло» гический сигнал, равный 1, в результате чего снимается импульс управления тиристорного ключа 8. Одновременно с выхода формирователя 45 поступают сигналы управления на усилителиформирователи 48 и 49, с выхода каторых импульсы управления подаются на включение тиристоров 13 и 11.

Когда сигнал с выхода усилителя

42 становится меньше сигнала уставки

15 6971

I>,.-, на выходе элемента НЕ 46 появ1 / ляется логический сигнал, равный 1, и тиристорный ключ Я снова включается.

Если сигнал с выхода 42 не уменьшился, а продолжает нарастать и достигает величины тока уставки, сравниваясь на дополнительном компараторе 44 с ст1,на вход усилителя-формирователя

50 с выхода компаратора 44 выдается сигнал.

С выхода усилителя-формирователя

50 выдается импульс управления на включение дополнительного тиристора

5. В режиме рекуперации импульсы управления на тиристоры 11 и 13 запрещаются, что исключает режим короткого замыкания по цепи тиристора 11.

Формула и з о б р е т е н и я

Устройство для защиты автономного инвертора напряжения, содержащее тиристорный ключ„ катод которого через датчик тока, выполненный в виде шун» та, предназначен для подключения к положительному входному выводу автономного инвертора напряжения, а анод тиристорного ключа предназначен для подключения к положительному выходно— му выводу источника питания автономного инвертора напряжения,, 1 ель из последовательно включенных коммутирующих конденсатора, тиристора и реактора, подключенную параллсльно тиристорному ключу, обратный диод, включенный параллельно коммутирующему тиристору, токоограничивающий реактор, один из выводов которого соединен с анодом тиристорного ключа, а другой вывод предназначен для подключения к выводу конденсатора фильтра, другим выводом соединенному с отрицательным входным выводом автономного инвертора напряжения и отрицательным выходным выводом источника питания защищаемого инвертора, цепь из соединенных последовательно резистора и диода, включенную параллельно токоограничивающему реактору, зарядный трансформатор, один H другой выводы вторичНоН обмотки которого соответственно через зарядные резистор и диод подключены к коммутирующему конденсатору, цепочку, состоящую из последовательно включенных обратного THDHcTopB H разрядного резистора, подключенную параллельно тиристорному ключу, ограничительный резистор, подключенный параллельно тиристорному ключу, блок управления. защитой, включающий в ccbs усилитель с гальванической развязкой, входом подключенный к выходу датчика тока, а выходом — к одному входу первого компapaTopa, другой вход которо"о подключен к выводу для подключения первого сигнапа уставки, а выход — к входу формирователя импульсов управления, выход которого подключен к вхсду элемента НЕ и входам усилителей †формировател импульсов управления коммутирующим и обратным тиристорами, выход элемента НЕ подключен к одному входу элемента И, другой вход которого подключен к выводу для подключения логического сигнала управления, соответствующего режиму "THra", а выход элемента И подключен к одному входу элемент . «JII!, другой вход которого подклю .,н к ьыводу для подключения логическогс сигнала управления, соответствующего режиму "Торможение, выход элемента IUIII подключен к входу усилитель †формировате импульсов управления тиристорного ключа, при этом выходы усилителей-формирователей импульсов управления коммутирующим, обратным .тирксторами и тиристорным ключом подкпючены к управляющим электрощ дам соответсттвенно коммутирующего, обратного тиристоров и тиристорного ключа, о т л и ч а ю щ е е с я тем, чго с целью повьпцения надeRHocTH пу тем ограничения коммутационных напря35 жений и обеспечения надежного восстаíoàленкя вентильных свойств силовых тиристоров и юертора„в него введены дополнительный реактор и дополнитель- ный тиристор„à B блок управления защитой введен второй компаратор и усилитель-формирователь импульсов управлеHItH дополни гель ным тиристором, причем дополнительный тиристор катодом предназначен для подключения к отрицательному выводу автономного инвертора напряжения, а анодом подключен к одному выводу дополнительного реактора, другой вывод которого подключен к обшей точке последовательно соединенных ре=HC Тора и диода,при этом первый вход второго компаратора блока управления защитой подключен к выходу усилителя с гальванической развязкой, второй вход подключен к выводудля подключения второго сигнала уставки,а выход второго ксмпаргтора чер"-. ç усилитель-формирователь импульсов управления дополнительным тиристором подключен к управляющему электроду дополнительного тиристора.

15?6971

Составитель О. Иецерякова

Техред Л.Сердюкова Корректор И. Иаксимишинец

Редактор Е. Папп

Заказ 1850 Тираж 4?7 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101