RU2044380C1

RU2044380C1 - Overvoltage protective gear for regulated ac current source

Info

Publication number: RU2044380C1
Application number: RU93013176A
Authority: RU
Inventors: Г.Е. Кувшинов; В.Н. Коршунов; Б.А. Морозов
Original assignee: Дальневосточный государственный технический университет
Priority date: 1993-03-12
Filing date: 1993-03-12
Publication date: 1995-09-20

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: device input is connected to output terminals of source being protected. It has thyristor, voltage regulator diode, reactor, and rectifier bridge whose leads are connected through reactor to thyristor, and terminals function as rectifier bridge input. This bridge may be of single-phase or three-phase design. Voltage regulator diode is connected between anode and cathode. EFFECT: improved efficiency of protective gear due to elimination of repeated surge voltages, provision for limiting current flow and rate of current voltage through thyristor incorporated in device, overvoltage protection of capacitors incorporated in device. 4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в составе источников стабилизированного переменного тока, предназначенных для питания целого ряда электротехнических устройств неизменным по величине током при широкодиапазонном изменении сопротивления нагрузки и для электропередачи. The invention relates to electrical engineering and can be used as part of stabilized alternating current sources intended for supplying a number of electrical devices with a constant current with a wide-range change in load resistance and for power transmission.

В качестве источника стабилизированного переменного тока обычно используются индуктивно-емкостные преобразователи (ИЕП) источника напряжения в источник тока. При обрыве цепи нагрузки или резком увеличении ее сопротивления возникает аварийное повышение выходного напряжения, которое может вывести из строя элементы источника (например, конденсаторы ИЕП) или элементы подключенной к нему цепи нагрузки. Inductive-capacitive converters (IEP) of a voltage source to a current source are usually used as a stabilized alternating current source. When the load circuit breaks or its resistance increases sharply, an emergency increase in the output voltage occurs, which can damage the source elements (for example, capacitors) or elements of the load circuit connected to it.

Известны устройства для защиты источника переменного тока от аварийного повышения выходного напряжения, в которых для ограничения напряжения холостого хода на выходе ИЕП подключают встречно-последовательно соединенные стабилитроны или разработанные для защиты обмоток электрических машин кремниевые симметричные ограничители напряжения [1] Эти устройства хорошо ограничивают импульсные перенапряжения. Known devices for protecting an AC source from an accidental increase in output voltage, in which to limit open-circuit voltage at the output of an IEP, zener diodes are connected in series or silicon symmetric voltage limiters designed to protect the windings of electric machines [1] These devices well limit surge voltage.

Недостатком таких устройств является то, что в режиме установившегося холостого хода на них рассеивается мощность, соизмеримая с номинальной мощностью источника тока, что требует громоздких теплоотводов. The disadvantage of such devices is that in the regime of steady idle power is dissipated on them, commensurate with the rated power of the current source, which requires bulky heat sinks.

Известны также устройства для защиты потребителей или линий связи от повышения напряжения, содержащие пороговый элемент и подключенный к нему исполнительный орган, выполненный на тиристорах, которые закорачивают клеммы потребителя или линию связи [2, 3, 4]
Эти устройства можно применить и для защиты источника тока от аварийного повышения выходного напряжения.Also known are devices for protecting consumers or communication lines against voltage increase, containing a threshold element and an actuator connected to it, made on thyristors, which short-circuit the consumer's terminals or communication line [2, 3, 4]
These devices can also be used to protect the current source from an emergency increase in output voltage.

Наиболее близким из них к предлагаемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является устройство, содержащее тиристор и стабилитрон, включенный между анодом и управляющим электродом тиристора, и подключенное своим входом к зажимам источника переменного тока, причем анод и катод тиристора подключены непосредственно к входным зажимам устройства, в качестве зажимов источника переменного тока используются его выходные зажимы и этот источник является однофазным [3]
Недостатком этого устройства является то, что оно не исключает повторные превышения выходного напряжения источника тока после первоначального срабатывания защиты. Устройство срабатывает каждые полпериода при достижении напряжением на тиристоре заданной величины, равной напряжению пробоя стабилитрона.The closest of them to the proposed device in technical essence and the achieved result is a device containing a thyristor and a zener diode connected between the anode and the control electrode of the thyristor and connected with its input to the terminals of the AC source, and the anode and cathode of the thyristor are connected directly to the input terminals of the device , as the terminals of the AC source, its output terminals are used and this source is single-phase [3]
The disadvantage of this device is that it does not exclude repeated excesses of the output voltage of the current source after the initial operation of the protection. The device operates every half period when the voltage on the thyristor reaches a predetermined value equal to the breakdown voltage of the zener diode.

Другой недостаток этого устройства проявляется в том случае, когда на выходе источника стабилизированного переменного тока включены входящие в него конденсаторы. При этом ток через тиристор или скорость нарастания этого тока могут превзойти допустимые значения и тиристор выйдет из строя. Another disadvantage of this device is manifested in the case when the capacitors included in it are included at the output of the stabilized alternating current source. In this case, the current through the thyristor or the slew rate of this current may exceed the permissible values and the thyristor will fail.

Целью изобретения является повышение эффективности защиты источника стабилизированного переменного тока, снабженного конденсаторами, подключенными параллельно выходным выводам источника за счет исключения повторных после первоначального срабатывания защиты аварийных повышений напряжений на выходе источника тока, ограничения проходящего через тиристор тока и скорости его нарастания. The aim of the invention is to increase the protection efficiency of a stabilized alternating current source equipped with capacitors connected in parallel with the output terminals of the source by eliminating repeated after the initial operation of the protection emergency voltage increases at the output of the current source, limiting the current passing through the thyristor and its slew rate.

Цель достигается тем, что устройство для защиты от аварийного повышения выходного напряжения источника стабилизированного переменного тока, снабженного конденсаторами, подключенными параллельно выходным выводам источника, содержащее тиристор и стабилитрон, включенный между его анодом и управляющим электродом, и предназначенное для подключения к выходным выводам защищаемого источника, отличается тем, что введены выпрямительный мост и реактор, через который катод тиристора подключен к отрицательному выводу выпрямительного моста, анод тиристора подключен к положительному выводу выпрямительного моста, выводы переменного тока которого являются входными выводами устройства. The goal is achieved in that a device for protection against an emergency increase in the output voltage of a stabilized alternating current source, equipped with capacitors connected in parallel with the output terminals of the source, containing a thyristor and a zener diode connected between its anode and control electrode and designed to connect to the output terminals of the protected source, characterized in that a rectifier bridge and a reactor are introduced through which the thyristor cathode is connected to the negative terminal of the rectifier bridge, but d thyristor is connected to the positive terminal of the rectifier bridge, the AC terminals of which are the input output devices.

Кроме того, число фаз выпрямительного моста соответствует числу фаз источника стабилизированного переменного тока. In addition, the number of phases of the rectifier bridge corresponds to the number of phases of the stabilized alternating current source.

На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства в однофазном исполнении; на фиг.2 то же, в трехфазном исполнении; на фиг.3 показана принципиальная схема подключения устройства к ИЕП, выполняющему функции источника неизменного тока. В качестве примера показан однофазный Г-образный вариант ИЕП. In FIG. 1 shows a schematic diagram of a device in a single-phase design; figure 2 is the same in three-phase execution; figure 3 shows a schematic diagram of the connection of the device to the IEI, which performs the function of a constant current source. As an example, a single-phase l-shaped version of the IEP is shown.

Устройство 1 для защиты источника 2 стабилизированного переменного тока, питающего потребитель 3, подключено своим входом 4 к выходным зажимам 5 источника 2 (фиг.1 и 2). Устройство 1 содержит тиристор 6, стабилитроны 7, реактор 8 и выпрямительный мост 9. Положительный вывод выпрямительного моста 9 подключен к аноду тиристора 6, катод которого через реактор 8 подключен к отрицательному выводу моста 9. Между анодом и управляющим электродом тиристора 6 включен стабилитрон 7. Входные зажимы выпрямительного моста 9 являются входом 4 устройства. The device 1 for protecting the source 2 of the stabilized alternating current supplying the consumer 3 is connected by its input 4 to the output terminals 5 of the source 2 (Figs. 1 and 2). The device 1 contains a thyristor 6, zener diodes 7, a reactor 8 and a rectifier bridge 9. The positive terminal of the rectifier bridge 9 is connected to the anode of the thyristor 6, the cathode of which is connected through the reactor 8 to the negative terminal of the bridge 9. A zener diode 7 is connected between the anode and the control electrode of the thyristor 6. The input terminals of the rectifier bridge 9 are the input 4 of the device.

На фиг. 3 показано, что источник 2 стабилизированного переменного тока содержит источник 10 переменного напряжения (например, электрическую сеть) и ИЕП 11, состоящий из реактора 12 и батареи конденсаторов 13. К зажимам 5 источника 2 подключено устройство 1. In FIG. 3 shows that the stabilized alternating current source 2 contains an alternating voltage source 10 (for example, an electric network) and an IEP 11 consisting of a reactor 12 and a capacitor bank 13. A device 1 is connected to the terminals 5 of the source 2.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

В нормальном режиме работы источника 2 стабилизированного переменного тока, когда сопротивление потребителя не превосходит номинальное значение, напряжение между зажимами 5 меньше номинального, а выходное напряжение выпрямительного моста 9 меньше напряжения пробоя стабилитрона 7. При этом тиристор 6 находится в закрытом состоянии. При возрастании сопротивления нагрузки источника 2, например, при обрыве цепи потребителя 3 напряжение на зажимах 5 и на выходе выпрямительного моста 9 увеличится. Если мгновенное значение последнего превзойдет напряжение пробоя стабилитрона 7, то через стабилитрон и управляющий электрод тиристора 6 станет проходить ток управления, который переведет тиристор в открытое состояние. In the normal mode of operation of the stabilized alternating current source 2, when the consumer resistance does not exceed the nominal value, the voltage between the terminals 5 is less than the nominal, and the output voltage of the rectifier bridge 9 is less than the breakdown voltage of the zener diode 7. In this case, the thyristor 6 is in the closed state. When the load resistance of the source 2 increases, for example, when the consumer 3 circuit breaks, the voltage at the terminals 5 and at the output of the rectifier bridge 9 will increase. If the instantaneous value of the latter exceeds the breakdown voltage of the zener diode 7, then the control current will pass through the zener diode and the control electrode of the thyristor 6, which will transfer the thyristor to the open state.

Возникающий при этом ток разряда конденсаторов 13 через тиристор 6 и реактор 8 и скорость нарастания этого тока ограничены индуктивностью и активным сопротивлением реактора. Благодаря этому тиристор не выходит из строя. Относительно малое значение индуктивности и активного сопротивления реактора 9 обеспечивает такой разрядный ток конденсаторов, при котором напряжение на них практически сразу после срабатывания устройства 1 начинает снижаться. Тем самым исключаются опасные перенапряжения конденсаторов. Ток через стабилитрон 7, зашунтированный тиристором 6, прекратится. The resulting discharge current of the capacitors 13 through the thyristor 6 and the reactor 8 and the slew rate of this current are limited by the inductance and resistance of the reactor. Thanks to this, the thyristor does not fail. The relatively small value of the inductance and active resistance of the reactor 9 provides such a discharge current of the capacitors at which the voltage on them almost immediately after the operation of the device 1 begins to decrease. This eliminates the hazardous overvoltage of capacitors. The current through the zener diode 7, shunted by the thyristor 6, will stop.

Выход источника 2 стабилизированного переменного тока через выпрямительный мост 9 и тиристор 6 подключается к имеющему относительно небольшое сопротивление реактору 8, что вызовет значительное снижение выходного напряжения источника 2. Благодаря индуктивности реактора 8 выходной ток выпрямительного моста 9 не снижается до величины тока удержания тиристора и последний продолжает непрерывно проводить ток, хотя входной ток выпрямительного моста изменяется с частотой источника 2 и два раза за период достигает нулевого значения. The output of the stabilized alternating current source 2 through the rectifier bridge 9 and the thyristor 6 is connected to a relatively small resistance reactor 8, which will cause a significant decrease in the output voltage of the source 2. Due to the inductance of the reactor 8, the output current of the rectifier bridge 9 does not decrease to the value of the thyristor holding current and the latter continues continuously conduct current, although the input current of the rectifier bridge varies with the frequency of the source 2 and reaches the zero value two times during the period.

В те промежутки времени, в которые под действием ЭДС самоиндукции реактора 8 выходной ток выпрямителя превышает входной, напряжение на входе выпрямителя равно нулю, реактор разряжается через диоды выпрямительного моста. Тем самым исключаются повторные перенапряжения и срабатывания устройства 1. In those time intervals in which, under the influence of the self-induction EMF of reactor 8, the rectifier output current exceeds the input current, the voltage at the rectifier input is zero, the reactor is discharged through the rectifier bridge diodes. This eliminates repeated overvoltage and operation of the device 1.

Параметры реактора 8 (его индуктивное и активное сопротивления) должны лежать в определенных границах, определяемых конструкцией источника переменного тока, а также параметра, номинальными и допустимыми величинами входящих в него и в устройство 1 элементов. The parameters of the reactor 8 (its inductive and active resistances) must lie within certain limits determined by the design of the AC source, as well as the parameter, nominal and allowable values of the elements included in it and in the device 1.

Параметры должны удовлетворять следующим условиям: выходной ток выпрямительного моста должен быть непрерывным и превосходить ток удержания тиристора; скорость нарастания и мгновенные значения тока тиристора должны быть меньше допускаемых значений; увеличение напряжения на конденсаторах, имеющее место в начальный период после срабатывания устройства, должно быть ограничено допускаемыми пределами. The parameters must satisfy the following conditions: the output current of the rectifier bridge must be continuous and exceed the holding current of the thyristor; slew rate and instantaneous values of the thyristor current should be less than the permissible values; the increase in voltage across the capacitors that occurs in the initial period after the operation of the device must be limited by permissible limits.

Габаритные размеры и масса реактора, удовлетворяющего этим условиям, соизмеримы с аналогичными показателями тиристора. The overall dimensions and mass of the reactor satisfying these conditions are commensurate with those of the thyristor.

Claims

1. DEVICE FOR PROTECTION AGAINST EMERGENCY INCREASE OF THE OUTPUT VOLTAGE OF A STABILIZED AC SOURCE, equipped with a capacitor connected in parallel to the output terminals, containing a thyristor and a stabilizer connected between its anode and control electrode and designed to connect to the output terminals of the protected source introduced a rectifier bridge and a reactor through which the thyristor cathode is connected to the negative terminal of the rectifier bridge, the thyristor anode is connected to put the output terminal of the rectifier bridge, the AC terminals of which are the input terminals of the device.

2. The device according to claim 1, characterized in that the number of phases of the rectifier bridge corresponds to the number of phases of the source of stabilized alternating current.