Устройство для защиты тиристорного преобразователя

 

Устройство предназначено для использования в области электротехники и позволяет использовать устройство защиты в инверторах напряжения с импульсной коммутацией и обеспечить высокое быстродействие, что является техническим результатом. Новым является наложение запрета на подачу импульсов управления на тиристоры непроводящего плеча в нормальном режиме работы инвертора и формирование вновь введенным в устройство элементом ИЛИ запрещающего сигнала на работу формирователей импульсов управления всеми тиристорами в режиме недопустимой нагрузки инвертора. Введение в устройство элемента 13 ИЛИ, триггера 14 запрета подачи импульсов управления тиристорами плеч, определенных связей элементов 11, 12 совпадения с другими элементами системы управления, датчиков контроля 9, 10 проводящего состояния тиристоров, выходные сигналы которых определяются наличием тока в цепи обратного диода тиристора и сигналом импульса управления тиристором позволяет использовать устройство защиты в инверторах напряжения с импульсной коммутацией и обеспечить высокое быстродействие. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для автоматизации управления тиристорным преобразователем в аварийных режимах работы.

Известно устройство, содержащее датчик тока, предназначенный для установки на входе преобразователя и подключенный через первый пороговый элемент к исполнительному элементу, датчик напряжения, предназначенный для подключения входом к выходу преобразователя, второй пороговый элемент с двумя входами, выполненными на основе интегратора, причем один и другой входы порогового элемента подключены соответственно к выходам датчиков тока и напряжения, а выход второго порогового элемента подключен к выходу исполнительного элемента [1].

В этом устройстве защиты исполнительный орган срабатывает только после превышения током короткого замыкания определенной величины, что связано с длительностью протекания аварийного тока и его влиянием на надежность работы элементов преобразователя. Такой способ защиты предопределяет выбор полупроводниковых приборов с большим коэффициентом запаса по токовой нагрузке и влечет за собой увеличение габаритов и стоимости преобразователя.

Известно другое устройство защиты при коротком замыкании преобразователя мощности постоянного тока в мощность переменного тока, содержащее один источник постоянного тока, два полупроводниковых инвертора, подключенных через фильтры к общим шинам источника питания. В цепи конденсаторов фильтров включены датчики тока. С каждым инвертором со стороны источника питания соединен короткозамыкатель. При возникновении замыкания по крайней мере в одном инверторе соответствующий датчик тока вырабатывает сигнал, благодаря чему срабатывают все короткозамыкатели, которые закорачивают входы инверторов и размыкают автоматический выключатель, который отключает преобразователь от источника постоянного тока [2].

Существенным недостатком такого вида защиты является введение дополнительного быстродействующего силового устройства для шунтирования преобразователя со стороны источника питания.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство защиты тиристорного преобразователя, реализующего способ, при котором контролируют время одновременного протекания тока через выключаемый и вступающий в работу вентили, содержащее датчики контроля проводящего состояния тиристоров, состоящие из датчика тока и последовательно включенного с ним компаратора, подключаемые своими выходами ко входам первого элемента совпадения, второй элемент совпадения, входы которого через одновибратор и элемент НЕ соединены с выходом первого элемента совпадения, а выход второго элемента совпадения соединен с входом формирователя импульсов [3].

Основным недостатком этого устройства является то, что наряду с эффективностью использования для мостовых трехфазных схем инверторов и тиристорных выпрямителей, оно не может быть применено в инверторах напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока с импульсной коммутацией тиристоров колебательным LC контуром.

Задачей изобретения является повышение надежности защиты инверторов напряжения с импульсной коммутацией тиристоров в предельно допустимых режимах работы.

Поставленная задача достигается тем, что в устройство для защиты тиристорного преобразователя, содержащее датчики контроля проводящего состояния тиристоров, состоящие из датчика тока и последовательно включенного с ним компаратора, подключенные своими выходами к формирователю импульсов, введен элемент ИЛИ, соединенный входами с выходами первого и второго элементов совпадения, а выходом - с входом триггера, подключенного выходом к первым входам первого и второго формирователей импульсов управления, вторые входы которых соединены с выходами датчиков контроля проводящего состояния тиристоров противоположных плеч, а третьи входы - первого формирователя импульсов управления с выходом генератора частоты и второго с выходом инвертора сигнала генератора частоты, первые входы первого и второго элементов совпадения соединены с выходами датчиков контроля проводящего состояния тиристоров контролируемых плеч, а их вторые входы - соответственно с выходом инвертора сигнала генератора частоты и генератора частоты. Датчик контроля проводящего состояния тиристора включает в себя последовательно соединенные элементы - датчик тока в цепи обратного диода тиристора, компаратор, другой триггер, второй вход которого соединен с выходом формирователя импульсов управления.

Включением в устройство элемента ИЛИ, выходным сигналом которого управляется триггер, налагающий запрет на работу формирователей импульсов управления тиристоров плеч, введение определенных связей элементов совпадения с другими элементами системы управления, обеспечивающих запрет на формирование импульсов управления тиристорами непроводящего плеча, позволяет повысить надежность работы инвертора напряжения с импульсной коммутацией тиристоров LC контуром в диапазоне рабочих нагрузок и обеспечивает защиту в предельно допустимых режимах.

На фиг. 1 приведена структурная схема предложенного устройства защиты; на фиг. 2 - временные диаграммы токов и напряжений в инверторе, поясняющие работу устройства защиты.

Структурная схема предложенного устройства защиты (фиг. 1) в допустимых режимах инвертора напряжения 1, состоящего из двух плеч тиристоров 2 и 3 с параллельно включенными им диодами 4 и 5, колебательного контура 6, трансформатора для питания нагрузки 7, фильтра-делителя напряжения 8, содержит датчики контроля 9, 10 проводящего состояния тиристоров, подключенные выходом через элементы 11, 12 совпадения ко входам элемента ИЛИ 13, выход которого подключен к S-входу триггера 14. R-вход триггера 14 соединен с выходом устройства автоматического запуска инвертора в работу. Выход триггера 14 соединен с первыми входами формирователей 15, 16 импульсов управления тиристорами соответственно 2, 3, вторые входы которых соединены - формирователя 15 импульсов управления тиристором 2 с выходом генератора 17 частоты, а формирователя 16 импульсов управления тиристором 3 с выходом инвертора 18 сигнала генератора 17 частоты, третий вход формирователя 15 импульсов управления тиристором 2 соединен с выходом датчика контроля 10 проводящего состояния тиристора 3, а формирователя 16 импульсов управления тиристором 3 - с выходом датчика контроля 9 проводящего состояния тиристора 2. Второй вход элемента 11 совпадения соединен с выходом инвертора 18 сигнала генератора 17 частоты, а элемента 12 совпадения - с выходом генератора 17 частоты.

Датчик контроля проводящего состояния тиристора состоит из последовательно соединенных элементов - датчика 19 (20) тока, компаратора 21 (22), триггера 23 (24), причем S-вход триггера 23 (24) соединен с выходом компаратора 21(22), а R-вход - с выходом формирователя 15 (16) импульсов управления тиристором 2 (3).

Устройство работает следующим образом.

При подаче питания на систему управления тиристорами инвертора на выходах датчиков контроля 9, 10 проводящего состояния тиристоров устанавливается ноль и таким образом на входах формирователей 15, 16 импульсов управления остается запрет только с выхода триггера 14, который снимается после прихода сигнала по каналу 25 включения инвертора на вход триггера 14. С приходом положительной полуволны напряжения, например, с выхода генератора 17 частоты на вход формирователя 15 импульсов управления на его выходе появляется сигнал управления, которым включается тиристор 2 и одновременно этим сигналом на выходе датчика контроля 9 проводящего состояния тиристора устанавливается лог. 1, которой налагается запрет на прохождение сигнала через формирователь 16 импульсов управления.

При открытии тиристора 2 первичная обмотка трансформатора 7 включается на напряжение емкости C1 фильтра 8. Одновременно происходит колебательный заряд коммутирующей емкости C через индуктивность L колебательного контура 6. При равенстве тока разряда емкости C и тока нагрузки, приведенного к первичной обмотке трансформатора 7, прекращается ток через тиристор 2 и дальнейший разряд емкости C происходит через обратный диод 4. Время протекания тока через обратный диод есть время, предоставляемое на восстановление запирающих свойств тиристора. С появлением тока в цепи диода 4 на выходе компаратора 21 устанавливается лог. 1, которой триггер 23 переводится в нулевое состояние на выходе, после чего разрешается прохождение сигнала управления с выхода формирователя 16 на тиристор 3. Далее схема работает аналогично рассмотренному выше. С открытием тиристора 3 к первичной обмотке трансформатора 7 прикладывается напряжение обратной полярности.

В режиме работы инвертора напряжения, когда ток через диод какого-либо из плеч в процессе принудительной коммутации близок к нулю, что свидетельствует от отсутствии времени на восстановление вентильных свойств тиристора, на выходе датчика контроля 9 или 10 проводящего состояния тиристора остается лог. 1, которая поступает на вход элемента 11 или 12 совпадения. С приходом в этот момент на второй вход элемента 11 или 12 совпадения положительной полуволны напряжения с выхода инвертора 18 сигнала или генератора 17 частоты, на его выходе формируется лог. 1, которая, проходя через элемент 13 ИЛИ, формирует на выходе триггера 14 сигнал запрета на формирование импульсов управления тиристорами 2 и 3 формирователями 15, 16. Таким образом при недопустимой нагрузке защита превентивно выключает из работы инвертор, предотвращая режим опрокидывания инвертора, сопровождаемый коротким замыканием источника постоянного напряжения.

Временные диаграммы токов и напряжений на фиг. 2 поясняют работу защиты.

U_у2, U_у3 - импульсы управления тиристорами 2 и 3 соответственно; i₂, i₃, i₄, i₅ - токи в цепи тиристоров 2 и 3, диодов 4 и 5 соответственно; i_к - ток колебательного контура.

В промежутке времени с t₁ по t₅ характер сигналов соответствует нормальной работе инвертора. В момент времени t'₅ произошел наброс нагрузки, что привело к возрастанию тока через тиристор 2, в результате чего к моменту времени t₆ не появился ток в цепи диода 4.

В результате этого защитой наложен запрет на формирование импульса управления U_у3 тиристора 3 и тем самым предотвращен режим одновременного протекания тока по тиристорам 2 и 3, т.е. режим короткого замыкания источника питания.

Сущность предложенного технического решения не изменится, если устройство реализовать программно на микропроцессорной базе.

Источники информации: 1. А. с. N 1644281 СССР. Устройство для защиты полупроводникового преобразователя/ В.М.Катунин, А.С.Шелепов и Ю.И.Гольмаков. - Опубл. 1991, Бюл. N 15.

2. Заявка N 60-4654 Япония. Устройство защиты при коротком замыкании преобразователя мощности/Заявитель К.К.Тосиба - Опубл. 1985, N 7-117.

3. А.с. N 577604 СССР. Способ защиты тиристорного преобразователя/ Н.М. Канашев, А.С.Колупаев, В.Т.Разгонов и А.В.Юрусов. - Опубл. 1977, Бюл. N 39.

Формула изобретения

Устройство для защиты тиристорного преобразователя, содержащее датчики контроля проводящего состояния тиристоров, состоящие из датчика тока и последовательно включенного с ним компаратора, подключенные своими выходами к первому формирователю импульсов управления, отличающееся тем, что оно снабжено элементом ИЛИ, соединенным входами с выходами первого и второго элементов совпадения, а выходом - с входом триггера, подключенного выходом к первым входам первого и дополнительного второго формирователей импульсов управления, вторые входы которых соединены с выходами датчиков контроля проводящего состояния тиристоров противоположных плеч преобразователя, а третьи входы - первого формирователя импульсов управления с выходом генератора частоты и второго с выходом инвертора сигнала генератора частоты, первые входы первого и второго элементов совпадения соединены с выходами датчиков контроля проводящего состояния тиристоров контролируемых плеч преобразователя, а их вторые входы - соответственно с выходом инвертора сигнала генератора частоты и генератора частоты, а датчики контроля проводящего состояния тиристоров дополнительно снабжены триггерами, первые входы которых соединены с компаратором, а вторые входы соединены с выходами формирователей импульсов управления.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2