Устройство для контроля состояния ключей высоковольтного вентильного преобразователя

Изобретение относится к области электротехники, а именно к устройствам контроля и защиты преобразователей, и может быть использовано для контроля состояния силовых ключей в высоковольтных преобразователях с напряжением 3-15 кВ, предназначенных, например, для запуска электродвигателей. Технический результат заявляемого устройства - снижение потребляемой мощности и стоимости устройства, упрощение конструкции, расширение функциональных возможностей. Технический результат достигается тем, что в устройство для контроля состояния ключей высоковольтного вентильного преобразователя введены блок резисторов, блок измерения сигналов, а силовые ключи высоковольтного вентиля разделены на две части, образующие среднюю точку, соединенную с общей шиной питания блока измерения сигналов. С одной стороны от средней точки токоограничивающие резисторы соединены с первыми выводами силовых ключей высоковольтного вентиля, а с другой - с их вторыми выводами. Первые выводы каждого из резисторов блока резисторов подключены к общей шине питания блока измерения сигналов, а их вторые выводы соединены соответственно со вторыми выводами токоограничивающих резисторов и входами блока измерения сигналов, выходы которого соединены с входами оптопередатчика. Устройство для контроля состояния ключей высоковольтного вентильного преобразователя содержит датчик температуры, корпус которого с корпусом силового ключа образуют тепловой контакт. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к устройствам контроля и защиты преобразователей, и может быть использовано для контроля состояния силовых ключей в высоковольтных преобразователях с напряжением 3-15 кВ, предназначенных, например, для запуска электродвигателей.

Указанные преобразователи содержат высоковольтные вентили с последовательно соединенными полупроводниковыми силовыми ключами.

Известно устройство для контроля тиристоров высоковольтного вентиля (RU №1445501 с приоритетом от 30.03.1987), принятое за аналог, содержащее датчики напряжения по числу тиристоров в высоковольтном вентиле, подключенные входами к соответствующим тиристорам, а выходами - через световоды к блоку преобразования световых сигналов в электрические, соединенному выходами с входами системы обработки информации и защит. При этом каждый световод оснащен оптопередатчиком и оптоприемником.

Недостатками данного устройства являются сложность конструкции и высокая стоимость устройства, вызванные необходимостью использования большого количества оптопередатчиков и оптоприемников со световодами (оптоволокнами), а также большого количества каналов в блоке преобразования световых сигналов в электрические и сложной схемой их дальнейшей обработки.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип предлагаемого изобретения, является устройство для контроля состояния ключей высоковольтного вентильного преобразователя в устройстве плавного пуска высоковольтного двигателя серии УБПВД - ВМ (каталог «Электроприводная техника» ABS Holdings, сентябрь 2007 г.).

На фиг.1 представлена принципиальная схема прототипа.

Устройство для контроля состояния ключей высоковольтного вентильного преобразователя содержит последовательно включенные силовые ключи 1 высоковольтного вентильного преобразователя, блоки контроля состояния силовых ключей высоковольтного вентильного преобразователя 12 по числу силовых ключей, оптоприемники 7 по числу силовых ключей, соединенные с входами устройства управления и защиты преобразователя 8, каждый из блоков контроля состояния силовых ключей высоковольтного вентильного преобразователя 12 содержит выпрямитель 10, подключенный входами через токоограничивающий резистор 2 параллельно силовому ключу высоковольтного вентильного преобразователя 1, стабилизатор тока 11 и оптопередатчик 5, соединенные между собой последовательно и подключенные крайними выводами к выходам выпрямителя 10. Выходы оптопередатчиков 5 соединены с входами оптоприемников 7 оптоволокном 6.

Состояние силовых ключей других высоковольтных вентилей в устройстве плавного пуска контролируется аналогичными устройствами контроля силовых ключей.

Устройство УБПВД-ВМ работает при напряжении питающей сети 6 или 10 кВ. В процессе работы напряжение на силовом ключе изменяется от нуля до примерно 2,5 кВ, что существенно изменяет ток через токоограничивающий резистор. В прототипе ток оптопередатчика ограничен с помощью стабилизатора тока, что повышает ресурс работы оптопередатчика.

Недостатками данного устройства являются:

- большая потребляемая мощность. Это связано с тем, что оптопередатчики работают в непрерывном режиме и на токоограничивающих резисторах выделяются большие потери мощности (используются резисторы мощностью 100 Вт). Причем величина тока через резисторы определяется номинальным током оптопередатчика;

- сложность конструкции и высокая стоимость устройства, обусловленные использованием значительного количества выпрямителей, стабилизаторов тока, дорогостоящих оптоприемников, оптопередатчиков и оптоволокна для передачи сигналов от блоков контроля состояния силовых ключей высоковольтного вентиля к устройству управления и защиты;

- ограниченные функциональные возможности: не обладает возможностью контроля нагрева ключей.

Технический результат заявляемого устройства - снижение потребляемой мощности и стоимости устройства, упрощение конструкции, расширение функциональных возможностей.

Технический результат достигается тем, что в устройство для контроля состояния ключей высоковольтного вентильного преобразователя, содержащее последовательно включенные силовые ключи высоковольтного вентиля, токоограничивающие резисторы по числу силовых ключей, оптопередатчик, соединенный оптоволокном с оптоприемником, выход которого соединен с входом устройства управления и защиты преобразователя, введены блок резисторов, блок измерения сигналов, силовые ключи высоковольтного вентиля разделены на две части, образующие среднюю точку, соединенную с общей шиной питания блока измерения сигналов, причем с одной стороны от средней точки токоограничивающие резисторы соединены с первыми выводами силовых ключей высоковольтного вентиля, а с другой - с их вторыми выводами, первые выводы каждого из резисторов блока резисторов подключены к общей шине питания блока измерения сигналов, а их вторые выводы соединены соответственно со вторыми выводами токоограничивающих резисторов и входами блока измерения сигналов, выходы которого соединены с входами оптопередатчика. Силовые ключи высоковольтного вентиля разделены, по крайней мере, на две равные или на неравные части. Устройство для контроля состояния ключей высоковольтного вентильного преобразователя содержит датчик температуры, подключенный к общей шине питания и входу блока измерения сигналов, причем корпус датчика температуры и корпус силового ключа образуют тепловой контакт. Токоограничивающие резисторы выполнены, по крайней мере, высокоомными.

Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что благодаря введению в устройство блока измерения сигналов и блока резисторов и их оригинальному соединению с токоограничивающими резисторами обеспечивается уменьшение потерь мощности за счет появления возможности применения в устройстве токоограничивающих резисторов с повышенным сопротивлением и меньшей мощности (примерно в 7-10 раз по сравнению с прототипом), упрощение конструкции и сокращение стоимости устройства за счет сокращения числа элементов в устройстве (оптоприемников и оптопередатчиков). Наличие в устройстве датчика температуры расширило функциональные возможности устройства, а именно позволило обеспечить контроль температуры силовых ключей и возможность определения величины потерь мощности в силовых ключах за время пуска электродвигателя, а также время остывания ключей, и дало возможность прогнозировать количество пусков группы электродвигателей от одного тиристорного устройства плавного пуска и необходимое время до очередного пуска.

Наличие этих существенных признаков и оригинальная схема соединения позволили простыми средствами осуществить контроль состояния силовых ключей преобразователя, упростить конструкцию устройства, уменьшить потребляемую мощность, снизить стоимость и расширить функциональные возможности устройства.

На фиг.2 представлена принципиальная схема устройства для контроля состояния ключей одного высоковольтного вентиля преобразователя, где приняты обозначения:

1 - силовые ключи высоковольтного вентиля;

2 - токоограничивающие резисторы;

3 - блок резисторов;

4 - блок измерения сигналов;

5 - оптопередатчик;

6 - оптоволокно;

7 - оптоприемник;

8 - устройство управления и защиты преобразователя;

9 - датчик температуры.

Устройство для контроля состояния ключей высоковольтного вентильного преобразователя содержит силовые ключи высоковольтного вентиля 1; токоограничивающие резисторы 2; блок резисторов 3; блок измерения сигналов 4; оптопередатчик 5; оптоволокно 6; оптоприемник 7; устройство управления и защиты преобразователя 8; датчик температуры 9.

В устройстве для контроля состояния ключей высоковольтного вентильного преобразователя силовые ключи высоковольтного вентиля 1 последовательно включенные токоограничивающие резисторы 2 - по числу силовых ключей высоковольтного вентиля 1 и выполнены, по крайней мере, высокоомными, оптопередатчик 5, соединенный оптоволокном 6 с оптоприемником 7, выход которого соединен с входом устройства управления и защиты преобразователя 8. Силовые ключи высоковольтного вентиля 1 разделены на две части, по крайней мере, равные или неравные, образующие среднюю точку, соединенную с общей шиной питания блока измерения сигналов 4, причем с одной стороны от средней точки токоограничивающие резисторы 2 соединены с первыми выводами силовых ключей высоковольтного вентиля 1, а с другой - с их вторыми выводами, первые выводы каждого из резисторов блока резисторов 3 подключены к общей шине питания блока измерения сигналов 4, а их вторые выводы соединены соответственно со вторыми выводами токоограничивающих резисторов 2 и входами блока измерения сигналов 4, выходы которого соединены с входами оптопередатчика 5. Датчик температуры 9 расположен между общей шиной питания и входом блока измерения сигналов 4. Корпус датчика температуры 9 и корпус силового ключа высоковольтного вентиля 1, соединенного со средней точкой высоковольтного вентиля, образуют тепловой контакт.

Устройство работает следующим образом.

Силовые ключи высоковольтного вентиля 1 закрыты и на них присутствует переменное напряжение, которое поступает на входы блока измерения сигналов 4 через токоограничивающие резисторы 2, где оно ограничивается резисторами блока резисторов 3, образующими с токоограничивающими резисторами 2 так называемые делители напряжения. При «пробитом» силовом ключе высоковольтного вентиля напряжение равно нулю. При исправном силовом ключе высоковольтного вентиля величина напряжения отлична от нуля. Блок измерения сигналов 4 измеряет величину напряжения на силовых ключах высоковольтного вентиля 1, соединенных со средней точкой высоковольтного вентиля непосредственно. Величину напряжения на остальных силовых ключах высоковольтного вентиля 1 блок измерения сигналов 4 определяет через разность напряжений между соседними делителями напряжения. Корпус датчика температуры 9 с корпусом одного из силовых ключей высоковольтного вентиля 1, соединенных со средней точкой высоковольтного вентиля, создает тепловой контакт, поэтому его сопротивление и падение напряжения на датчике температуры 9 изменяются в зависимости от температуры силового ключа высоковольтного вентиля 1. Сигнал в виде кода поступает с выхода блока измерения сигналов 4 через оптопередатчик 5, оптоволокно 6 и оптоприемник 7 на вход устройства управления и защиты преобразователя 8. Устройство управления и защиты преобразователя 8 сообщает в систему управления преобразователя, что все силовые ключи высоковольтного вентиля 1 исправны и разрешается работа преобразователя. В случае обнаружения поврежденного силового ключа высоковольтного вентиля, блок измерения сигналов 4 сообщает его номер, а устройство управления и защиты преобразователя 8 в зависимости от количества поврежденных силовых ключей высоковольтного вентиля разрешает или запрещает работу преобразователю. Питание блока измерения сигналов 4 и оптопередатчика 5 осуществляется от цепи высоковольтного вентиля.

Контроль состояния силовых ключей высоковольтного вентиля преобразователя выполняется в определенных условиях: до и после работы преобразователя, когда напряжение подано, но силовые ключи высоковольтного вентиля выключены (либо во время работы преобразователя в моменты выключенного состояния силового ключа). Во время работы преобразователя силовые ключи высоковольтного вентиля находятся в открытом состоянии, поэтому режим контроля их исправности и измерение их нагрева заявляемым устройством в этом случае блокируются.

В качестве силового ключа высоковольтного вентиля могут использоваться тиристоры, симисторы, IGCT, GTO и др. приборы.

Блок измерения сигналов может быть выполнен в виде микроконтроллера.

Предлагаемое техническое решение предназначено для устройства как с четным числом силовых ключей высоковольтного вентиля, так и нечетным.

При нечетном числе силовых ключей высоковольтного вентиля общая шина питания устройства подключена к смещенной средней точке, относительно которой в одну сторону четное число ключей, в другую - нечетное.

В сравнении с прототипом, введение в устройство для контроля состояния ключей высоковольтного вентильного преобразователя блока измерения сигналов и блока резисторов, образующих с токоограничивающими резисторами делители напряжения, дало возможность применить токоограничивающие резисторы, выполнив их высокоомными с повышенным сопротивлением и на меньшую мощность в 7-10 раз мощности, а также позволило уменьшить количество оптоприемников и оптопередатчиков, тем самым уменьшить стоимость устройства. Передача информации по одному оптоволокну позволила резко упростить приемную часть устройства управления и защиты преобразователя.

Контроль температуры силовых ключей позволяет повысить надежность и оптимизировать работу преобразователя, например определять величину потерь мощности в силовых ключах высоковольтного вентиля за время пуска электродвигателя, также время остывания ключей. Это делает возможным прогнозировать количество пусков группы электродвигателей от одного тиристорного устройства плавного пуска и необходимое время до очередного пуска. Это позволит повысить производительность на магистральных нефте- и газопроводах, на промышленных предприятиях, т.е. там, где используются устройства плавного пуска электродвигателей.

Проведены испытания заявляемого устройства, показавшие положительные результаты. Планируется внедрение предлагаемого технического решения в устройствах плавного пуска высоковольтных электродвигателей и в тиристорных устройствах автоматического ввода резерва.

1. Устройство для контроля состояния ключей высоковольтного вентильного преобразователя, содержащее последовательно включенные силовые ключи высоковольтного вентиля, токоограничивающие резисторы по числу силовых ключей, оптопередатчик, соединенный оптоволокном с оптоприемником, выход которого соединен с входом устройства управления и защиты преобразователя, отличающееся тем, что введены блок резисторов, блок измерения сигналов, силовые ключи высоковольтного вентиля разделены на две части, образующие среднюю точку, соединенную с общей шиной питания блока измерения сигналов, причем с одной стороны от средней точки токоограничивающие резисторы соединены с первыми выводами силовых ключей высоковольтного вентиля, а с другой - с их вторыми выводами, первые выводы каждого из резисторов блока резисторов подключены к общей шине питания блока измерения сигналов, а их вторые выводы соединены соответственно со вторыми выводами токоограничивающих резисторов и входами блока измерения сигналов, выходы которого соединены с входами оптопередатчика.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что силовые ключи высоковольтного вентиля разделены, по крайней мере, на равные части или на неравные части.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит датчик температуры.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что датчик температуры подключен к общей шине питания и входу блока измерения сигналов.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что корпус датчика температуры и корпус силового ключа образуют тепловой контакт.

6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что токоограничивающие резисторы выполнены, по крайней мере, высокоомными.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в электронных схемах регулирования мощности со схемами теплоотвода от силовых полупроводниковых элементов, таких как, например тиристоры, биполярные транзисторы с изолированными затворами и силовые полевые транзисторы.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к схемам контроля и защиты преобразователей, и может быть использовано для контроля состояния полупроводниковых ключей в высоковольтных преобразователях с напряжением 3-15 кВ.

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к защите сильноточных тиристорных преобразователей. .

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к защите сильноточных тиристорных преобразователей в аварийном режиме. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для бесперебойного электропитания ответственных потребителей с динамически изменяемой нагрузкой различных объектов промышленного и военного назначения.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления трехфазными асинхронными электродвигателями погружных насосов, применяемых преимущественно для нефтедобычи.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано а автономных системах электроснабжения космических аппаратов для питания потребителей от источника ограниченной мощности, например солнечной батареи.

Изобретение относится к области электрической очистки газов от пыли и тумана в различных отраслях промышленности и сельском хозяйстве и может быть использовано в системах автоматического регулирования высоковольтных преобразовательных агрегатов питания электрофильтров и других регулируемых выпрямителей для защиты при пробое тиристоров.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты высоковольтных преобразователей различного назначения, в частности для защиты управляемых (тиристорных) и неуправляемых (диодных) выпрямителей и инверторов, ведомых сетью.

Изобретение относится к электротехнике и может быть попользовано для защиты трехфазной нагрузки от неполнофазного режима работы. .

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и может быть использовано для защиты выпрямительных агрегатов тяговых подстанций от малых токов внешних и внутренних коротких замыканий и от появления недопустимых гармоник тягового тока, опасных для рельсовых цепей устройств сигнализации, централизации, блокировки

Изобретение относится к электротехнике, а именно к способам управления импульсными преобразователями постоянного напряжения

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления выпрямителем переменного тока с распределенными накопителями энергии с тремя фазными модулями, которые имеют соответственно одну верхнюю и одну нижнюю ветвь вентилей, которые снабжены соответственно по меньшей мере тремя электрически последовательно включенными двухполюсными подсистемами (10). Техническим результатом является формирование симметричной системы напряжений при выходе из строя по меньшей мере одного накопителя. В соответствии с изобретением вышедшие из строя подсистемы (10) неисправной ветви (Т2) вентилей и подсистемы (10) исправной ветви (Т1) вентилей неисправного фазного модуля (100) соответственно количеству вышедших из строя подсистем замыкаются накоротко, конденсаторные напряжения (UC) оставшихся подсистем (10) неисправного фазного модуля (100), повышаются таким образом, что их сумма равна сумме конденсаторных напряжений (UC) подсистем (10) исправного фазного модуля (100), и подсистемы (10) исправных фазных модулей (100) управляются так, как перед выходом из строя, по меньшей мере, одной подсистемы (10). Тем самым на выходах (L1, L2, L3) выпрямителя (102) переменного тока с распределенными накопителями (9) энергии при неисправности получают симметричную систему напряжений с максимальной амплитудой. 5 з.п. ф-лы, 15 ил.

Изобретение относится к способам управления импульсными преобразователями постоянного напряжения. Технический результат повышение степени алгоритмизации процесса прогнозирования аварийных режимов широтно-импульсных преобразователей энергии. Способ заключается в том, что путем предварительных исследований с использованием нелинейной модели широтно-импульсного преобразователя энергии определяются: аварийное значение амплитуды пульсаций напряжения на выходе преобразователя; время в периодах широтно-импульсной модуляции между последовательными измерениями амплитуды пульсаций напряжения на выходе преобразователя, которое минимально требуется для распознания изменения результатов этих измерений; коэффициент, учитывающий наихудший вариант совместного влияния индуктивности в силовой цепи преобразователя и силовых конденсаторов на амплитуду пульсаций на выходе преобразователя. При функционировании преобразователя измеряется текущая амплитуда пульсаций напряжения на его выходе, результат запоминается. После каждого очередного измерения амплитуды пульсаций напряжения на выходе определяется изменение этой амплитуды по отношению к значению, находящемуся в памяти. Полученный результат корректируется с использованием ранее упомянутого коэффициента. Откорректированное изменение сопоставляется с аварийным значением, на основании этого сопоставления прогнозируется момент достижения аварийного значения амплитуды пульсаций, приводящий к аварийному режиму. Прогнозирование повторяется после выполнения каждого нового измерения амплитуды пульсаций напряжения на выходе преобразователя. 4 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для защиты тиристорного преобразователя. Техническим результатом является улучшение защитных функций и обеспечение диагностики трехфазного выпрямителя с последовательным включением тиристоров. Способ защиты и диагностики последовательно соединенных тиристоров заключается в том, что в качестве защитного воздействия прекращают подачу управляющих импульсов, осуществляют контроль за состоянием тиристоров по обратному напряжению и рабочей температуре охладителей вентилей. В способе контролируют исправность линий связи с системой импульсно-фазового управления по обратному отклику, производят измерение распределения обратного напряжения в каждом такте работы вентильных групп. При превышении предельно допустимой температуры вентилей или снижении номинального значения распределения обратного напряжения, или обрыве связи с системой импульсно-фазового управления производят защитное воздействие путем снятия импульсов со всех тиристорных групп и отключением преобразователя от сети или только снятием управляющих импульсов. С помощью анализа измеренных распределений обратного напряжения и рабочей температуре на тиристоре предупреждают об аварийном отказе тиристора из-за деградации его характеристик. Также описано устройство защиты и диагностики последовательно соединенных тиристоров. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Относится к области электроэнергетики. Технический результат - повышение надежности. При возникновении сквозного тока срабатывает устройство защитного отключения (3) или устройство защитного отключения (7) и отключает нагрузку (6) и источники постоянного тока (1 и 2). 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники и касается регуляторов напряжения для автомобилей. Для достижения технического результата повышения надежности и срока службы регулятора напряжения автомобильного генератора в выходном каскаде регулятора напряжения, выполненном на двух и более параллельно включенных транзисторах, выравнивающие сопротивления, включенные в эмиттеры каждого выходного транзистора, выполнены в виде плавких предохранителей из алюминиевой проволоки одинакового диаметра и одинаковой длины, в форме дуг или петель, направленных в разные стороны. Ток срабатывания (перегорания) сопротивлений-предохранителей не менее максимального тока нагрузки - тока обмотки возбуждения генератора, но не более 1,3 этого же максимального тока нагрузки. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для преобразования электрической мощности. Технический результат - предотвращение нарушения коммутации. Устройство преобразования электрической мощности содержит схему преобразования с несколькими парами двунаправленных переключающих элементов в соответствующих фазах. Вычисляется первое время переключения, в течение которого один из переключающих элементов схемы верхнего плеча одной фазы включен, другие переключающие элементы схемы верхнего плеча в других фазах выключены. По меньшей мере один переключающий элемент схемы нижнего плеча в других фазах включен, а другие переключающие элементы схемы нижнего плеча в одной фазе выключены с использованием напряжений, определенных посредством средства определения напряжения, и выходного значения команды управления. Вычисляется второе время переключения, в течение которого несколько пар переключающих элементов одной фазы включены, а несколько пар переключающих элементов в других фазах выключены. При переходе от первого времени переключения ко второму времени переключения переключающих элементов, каждый из которых находится во включенном состоянии, один из переключающих элементов одной из схемы верхнего плеча или схемы нижнего плеча выключают, и другой из переключающих элементов другой схемы плеча поддерживается во включенном состоянии. 2 з.п. ф-лы, 15 ил.

Изобретение относится к средствам контроля устройств автоматики и телемеханики и может быть использовано, в частности, для контроля исправности силовых управляемых ключей преимущественно блоков безопасности. Ключевой элемент выполнен в виде последовательной цепи из не менее двух контролируемых ключей в виде полевых транзисторов, источника питания. Устройство содержит блок попарного сравнения напряжений на контролируемых ключах, выполненный с возможностью контроля и сравнения падения напряжений на открытых последовательно включенных контролируемых ключах. Повышается достоверность контроля ключей, обеспечивается непрерывность контроля. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к средствам автоматики и телемеханики и может быть использовано, в частности, для контроля исправности силовых управляемых ключей преимущественно блоков безопасности. Устройство выполнено в виде последовательной цепи из не менее двух контролируемых ключей и источника питания и содержит блок попарного сравнения напряжений на контролируемых ключах. Оно снабжено также биполярным транзистором, включенным последовательно в цепь указанных ключей, при этом контролируемые ключи выполнены в виде полевых транзисторов. В цепь базы биполярного транзистора согласно включен высоковольтный диод. Повышается достоверность контроля ключей, обеспечивается возможность применения для одиночных ключей. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх