Устройство для сигнализации пробоя диодов выпрямительной установки

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

PÅÃÏÓÁËÈК (5 )5 Н 02 Н 7/12

ГОСУДАРСТВЕННОЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКГ ЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4812740/07 (22) 10.04.90 (46) 07.09.92. Бюл. N. 33 (71) Уральское отделение Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (72) О. И. Новиков (56) Полупроводниковые выпрямители / Под ред. Ф.И. Ковалева. изд. "Энергия", 1967.с. 358359, Авторское свидетельство СССР

¹ 702455, кл. Н 02 Н 7/10, 1976. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СИГНАЛИЗАЦИИ

ПРОБОЯ ДИОДОВ ВЫПРЯМИТБЛЬНОЙ

УСТАНОВКИ (57) Сущность изобретения: устройство содержит 3 блока сравнения напряжений и

Изобретение относится к устройствам защиты силовых полупроводниковых выпрямителей, предназначено для получения информации о техническом состоянии и защиты диодов, может быть использовано в выпрямительных преобразователях, включая выпрямительные установкМ тепловозов с электропередачей переменно-постоянного тока.

Известны устройства для контроля технического состояния последовательно соединенных полупроводниковых элементов силовых преобразователей (а. с. ¹ 481963, а. с. N 712893. а. с. N 955345). Такие устройства имеют сложное исполнение, которое может быть оправдано при использовании этих устройств в тиристорных преобразователях определенных классов (инверторы с коммутирующими тиристорами, преобразо. ватели для питания нагрузки с изменяю. Ж 1760594 А1 один блок индикации, причем блок сравнения включает 4п измерительных цепей, каждая из которых имеет 1 диод (4), 1 первый резистор и 1 резистор, шунтирующий ее конденсатор, 2 ключевых элемента 2 изме-. рительных элемента, которые выполнены в виде реле напряжения с обмотками и группами контактов, причем диоды измерительных цепей включены встречно по отношению к диодам выпрямительной установки. При пробое одного или нескольких диодов выпрямительной установки нарушается равенство напряжений в контурах соответствующего блока сравнения. В этом случае устройство срабатывает, его блок индикации, запоминает и выдает информацию о наличии пробитых диодов в выпрямительной установке. 2 ил. щейся реактивной мощностью). Использование таких устройств для сигнализации пробоя диодов выпрямительных установок является нецелесобразным.

Наиболее близким к изобретению по совокупности технических средств является устройство (а, с. ¹ 702455). Это устройство обеспечивает сигнализацию пробоя последовательно соединенных диодов выпрямительной установки путем сравнения напряжения конденсаторов, которые запоминают обратного напряжения контролируемых диодов. Известное устройство имеет большое количество элементов и поэтому является сложным техническим средством.

Целью изобретения является упрощение устройства, Сущность йзобретения заключается в следующем. Известное устройство, которое

1760594

10 обеспечивает сигнализацию пробоя диодов вьн1рямительной установки, состоящей иэ двух параллельно соединенных трехфазных мостовых выпрямителей с и последовательно соединенными диодами в каждом плече, дополняют промежуточным реле, индикатором, кнопкой и и-1 измерительной цепью.

Каждая такая цепь подключена параллельно диоду выпрямительной установки и состоит из последовательно соединенных диода, резистора и конденсатора, который эашунтирован вторым резистором. Введение в схему устройства дополнительных элементов позволяет сократить общее количество элементов устройства и таким образом упростить его.

На фиг, 1 показана принципиальная электрическая схема выпрямительной установки; на фиг. 2 — устройство сигнализации пробоя ее диодов.

Выпрямительная установка состоит иэ двух трехфаэных обмоток 1 синхронного ге-. нератора, как это имеет место на тепловозе, или аналofè÷ных обмоток трансформатора и двух трехфазных мостовых выпрямителей, В каждое плечо мостовых выпрямителей включены два посЛедовательно соединенных диода 2. В общем случае каждое такое плечо может иметь п последовательно соединенных диодов. Мостовые выпрямители соединены своими выходами параллельно и подключены к минусовому (-) и плюсовому () выходным выводам выпрямительной установки, к которым подключается ее нагрузка (ца схеме не показана). На тепловозе нагрузкой выпрямительной установки являются тяговые электродвигатели. Системы трехфаэных напряжений обмоток 1 могут быть сдвинуты друг относительно друг a на л юфой угол. В выл рямител ь н ы х ус- гановках тепловозов этот угол составляет

30 рад. эл.

Устройство состоит иэ трех блоков 3 сравнения напряжений (см. фиг. 1) и одного блока 11 индикации (см. фиг. 2).

Блок 3 включает в себя 4п измерительных цепей, каждая иэ которых имеет диод 4, первый резистор 5 и резистор 6. шунтирующий ее конденсатор 7, два.ключевых элемента 8, два измерительных элемента, которые выполнены ввиде ре,ле напряжения с обмотками 9.1, 10.1 и группами контактов 9,2, 10.2 (см. фиг. 2). В измерительных цепях диоды 4 включены встречно по QTHQ шению к диодам 2 выпрямительной устаí0вки. Измерительные цепи, которые подключены непосредственно к выходным выводам выпрclмигельной установки, являются первыми измерительными цепями. На

cxer e фиг. 1 показаны ключевые элементы

8, которые выполнены на антипараллельно соединенных динисторах,.Эти элементы могут быть выполнены и на других полупроводниковых приборах, например, на тиристорах и стабилитронах, которые включены в их цепи управления, Блок 11 индикации (см. фиг. 2) имеет кнопку 12 с размыкающим контактом, промежуточное реле 13 с обмоткой 13.1 и контактами 13.2, 13.3 и 13.4, индикатор 14 (на схеме показан световой индикатор) и клеммы 15 для подключения блока 11 к вспомогательному источнику питания, который на схеме не показан, Каждая пара контактов

13.3 и 13.4 реле 13 включена в измерительные элементы (см. фиг. 1) блока 3, Включенные в цепи блока 11 контакты 9.2 и 10.2 принадлежат к реле напряжения блоков 3, имеющим обмотки 9.1 и 10.1 (см. фиг. 1).

Каждая пара контактов 9,2 и 10.2 принадлежит к реле напряжения одного блока 3.

Устройство работает B такой последовательности, В рабочих режимах выпрямительной установки ее мостовые выпрямители выпрямляют трехфазное переменное напряжение обмоток 1. Выпрямленное напряжение поступает в нагрузку выпрямительной установки.

В процессе выпрямления к диодам 2 в интервалы времени, когда они не проводят ток, прикладывается обратное напряжение.

Под действием этого напряжения конденсаторы 7 измерительных цепей заряжаются, Конденсатор 7 каждой измерительной цепи заряжается через диод 4 и резистор 5 до напряжения. которое имеет полярность показ,энную на схеме фиг. 1.

В интервалы времени, когда диоды 2 проводят ток и обратное напряжение на них отсутствует, происходит разряд конденсаторов 7 через резисторы 6. При этом диоды

4 препятствуют разряду конденсаторов 7 через диоды 2, которые проводят ток и имеют в этом режиме небольшое сопротивление.

При выбранных определенным образом и одинаковых параметрах резисторов 5, 6 и конденсаторов 7 они заряжаются эа время действия обратного напряжения до его амплитудного значения. За время протекания по диодам 2 тока напряжение конденсаторов 7 уменьшается на незначительную величину. Поэтому имеет место запоминание конденсаторами 7 величины обратного напряжения диодов 2.

Если происходит изменение напряжения обмоток 1, то пропорционально этому напряжению меняются обратное напряжение диодов 2 и напряжение конденсаторов

1760594

7. При уменьшении (увеличении) напряжения обмоток 1 происходит дополнительный разряд (заряд) конденсаторов 7. Процесс дополнительного заряда конденсаторов 7 не создает запаздывания между изменениями напряжения обмоток 1 и напряжения конденсаторов 7. Так как конденсаторы 7 обладают свойством запоминания напряжения, то процесс дополнительного разряда конденсаторов 7 происходит с некоторым запаздыванием относительно изменения напряжения обмоток 1.

Если выпрямительная установка не имеет пробитых диодов, то в ее рабочих режимах, которые сопровождаются изменением (преднамеренным регулированием) напряжения обмоток 1, напряжение конденсаторов 7 имеет одинаковую величину и полярность, которая показана на схеме фиг.

1. В таких режимах в контурах блока 3. образованных двумя конденсаторами 7, которые подключены к минусовому (плюсовому) выводу выпрямительной установки, верхним (нижним) ключевым элементом 8, обмоткой 9,1 (10.1) реле — напряжения, контактом 13.3 (13.4) промежуточного реле

13, напряжения конденсаторов уравновешивают друг друга. Поэтому напряжение не прикладывается к ключевым элементам 8 и к обмоткам 9.1, 10.1 реле напряжения.

При пробсе одного или несколькихдиодов 2 нарушается равенство напряжений в таких контурах соответствующего блока 3.

В этом случае устройство срабатывает его блок 11 запоминает и выдает информацию о наличии пробитых диодов в выпрямительной установке.

Рассмотрим работу устройства для характерных случаев пробоя диодов 2 выпрямительной установки.

Если пробивается нижний диод 2 левого верхнего плеча левого мостового выпрямителя, то напряжение конденсатора 7 измерительной цепи, которая шунтирует пробившийся диод 2, уменьшается. При этом увеличивается напряжение конденсатора 7 измерительной цепи, которая шунтирует диод 2, включенный последовательно с пробившимся диодом 2. Конденсатор 7, напряжение которого возросло, входит в контур, образованный верхним ключевым элементом 8, обмоткой 9.1, реле напряжения, контактом 13.3 реле 13 и вторым конденсатором 7 (правый верхний на фиг, 1), напряжение которого после пробоя диода

2 не изменилось. Величина разности напряжений конденсаторов 7 рассматриваемого контура зависит от количества последовательно соединенных диодов в плечах мостовых выпрямителей и характера

55 повреждения. Например, при пробое одного из двух последовательно соединенных диодов наибольшая величина этой разности равна 1/2 части обратного напряжения плеча. Если плечо имеет три последовательно соединенных диода и пробился один из них, то предельное значение разности составляет не более 1/3 части обратного напряжения плеча.

Появившаяся после пробоя диода 2 в рассматриваемом контуре блока 3 разность напряжений конденсаторов 7 прикладывается к ключевому элементу 8 достигнет его напряжения включения, После этого ключевой элемент 8 замыкает цепь и разность напряжений конденсаторов 7 прикладывается к обмотке 9.1 реле напряжения. которое срабатывает и замыкает свой контакт

9.2 в блоке 11. После замыкания контакта

9.2 напряжение поступает на обмотку 13,1 реле 13 блока 11. Это реле срабатывает, замыкает контакт 13.2 и размыкает контакты 13.3 и 13,4, Замкнувшийся контакт 13.2 обеспечивает независимое от положения контакта

9.2 питание от вспомогательного источника обмотки 13.1 реле 13 и светового индикатора 14. После этого индикатор 4 начинает светиться, указывая о наличии пробитых диодов в выпрямительной установке. Благода° ря использованию в блоке 11 контакта 13,2 промежуточного реле 13, который обеспечивает его самоблокировку, этот блок запоминает на сколько угодно длительное время информацию в пробое диодов и отображает ее в удобной для визуального восприятия световой форме, Размыкание контакта 13.4 не вызывает каких-либо изменений в схеме устройства.

Разомкнувшийся контакт 13,3 снимает напряжение с обмотки 9.1 реле напряжения блока 3. На этом заканчивается цикл контроля устройством технического остояния диодов выпрямительной установки.

Для повторного контроля нажимают кнопку 12, она размыкает свой контакт и напряжение снимается с обмотки 13.1 реле

13 и с индикатора 14 блока 11. После этого индикатор 14 прекращает светиться, реле

13 отпадает, размыкает контакт 13.2 и замыкает контакты 13,3 и 13.4. Благодаря размыканию контакта 13.2 реле 13 оно продолжает находиться в обеспеченном состоянии после того, когда при незамкнутых контактах 9,2 и 10.2 кнопка 12 отпущена и ее контакт замкнул цепь. После замыкания контактов 13.3 и 13.4 при наличии имеющей соответствующего величину разности напряжения конденсаторов 7 снога сначала замыкает цепь ключевой элемент Я. затем

1760594 срабатывает реле напряжения блока 3, Далее устройство работает в такой последовательности, которая уже описана, и снова начинает светиться индикатор 14 блока 11, указывая на наличие пробитых диодов 2.

Если после повторного цикла контроля индикатор 14 не загорается, то это указывает на то, что в первый раз устройство либо сработало от помехи, либо имело место временное ухудшение состояния изоляции изолирующих конструкций выпрямительной установки. Затем изоляция улучшалась, например, влага испарилась, изолирующая поверхность очистилась от пыли и поэтому после повторного контроля индикатор 14 не излучает свет.

При пробое верхнего диода 2 в том же плече, для которого рассматривался пробой его нижнего диода 2, напряжение конденсатора 7 измерительной цепи исправного диода 2 увеличивается, а напряжение конденсатора 7 измерительной цепи поврежденного диода 2 уменьшается. Последнее вызывает неравенство напряжений конденсаторов 7 соответствующего контура блока 3. После этого устройство сигнализации работает в описанной последовательности.

Формула изобретения

Устройство для сигнализации пробоя диодов выпрямительной установки, выполненной в виде включенных параллельно между собой и подключенных к ее выходным выводам трехфазных мостовых выпрямителей, в каждом из плеч которых и диодов соединены последовательно, содержащее вспомогательный источник питания, измерительные элементы, ключевые элементы, и на каждое из плеч первую измерительную цепь, состоящую из последовательно включенных диода, первого резистора и кон5 денсатора, шунтированного вторым резистором, причем первые выводы диода и конденсатора первой измерительной цепи предназначены для подключения соответственно к первому выводу диода

10 выпрямительной установки и его второму выводу, соединенному с выходным выводом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения устройстза. введены промежуточное реле, индикатор, кнопка с размыка15 ющим контактом и в каждое иэ плеч и — 1 измерительная цепь, аналогичная первой измерительной цепи, причем измерительные цепи предназначены для подключения параллельно соответствующим диодам вы20 прямительной установки так, что диоды измерйтельных цепей включены в направлении, встречном по отношению к соответствующему диоду выпрямительной установки, измерительный элемент выпол25 нен в виде реле напряжения, при этом вторые выводы конденсаторов, объединенных первыми выводами и входящих в первые измерительные цепи, предназначенные для подключения к диодам разных трехфазных

30 мостовых выпрямителей, соединены через включенные последовательно обмотку реле напряжения, ключевой элемент и размыкающий контакт промежуточного реле, обмотка которого включена параллельно индикатору, 35 подключена к вспомогательному источнику питания через контакт и включенные между собой параллельно замыкающие контакты всек реле напряжения, 1760594

1760594

Составитель С. Новиков

Техред М.Моргентал Корректор M. Максимишинец

Редактор

Заказ 3190 Тираж Подписное

ВНИИПИ (осударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

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