RU31886U1

RU31886U1 - Высоковольтный вентильный модуль

Info

Publication number: RU31886U1
Application number: RU2003105947U
Authority: RU
Inventors: А.Г. Иванов; В.М. Пименов; В.Л. Арзамасов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Чебоксарский электроаппаратный завод"
Priority date: 2003-03-03
Filing date: 2003-03-03
Publication date: 2003-08-27

Description

ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ МОДУЛЬ

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к области преобразовательной техники и автоматизированного вентильного электропривода.

Известны высоковольтные вентильные модули для тиристорных преобразователей различного назначения 1. Указанные преобразователи содержат последовательно, либо последовательно-противопараллельно включенные тиристоры, а также защитные RC-цепи и выравнивающие напряжение между тиристорами резисторы (делители напряжения). Тиристоры, RC-цепи и резисторы образуют силовые вентильные модули.

Недостатком известного устройства по 1 является отсутствие защиты тиристоров по максимальному напряжению в случае выхода из строя одного из последовательно соединенных тиристоров плеча преобразователя. Надежность работы такого преобразователя определяется заложенными запасами по напрянапряжению при выборе тиристоров.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному решению и взятым за прототип является решение по 2. В прототипе предлагается контроль и защиту последовательно соединенных тиристоров осуществлять по контролю прямого падения напряжения тиристоров в состоянии их проводимости. Через каждые 100 часов работы преобразователя в устройство, выполненное на базе сложной микропроцессорной системы, вводится информация о

прямом падении напряжения на каждом тиристоре и прогнозируется их техническое состояние. При повышении прямого падения напряжения на тиристоре в проводящем состоянии, что косвенно свидетельствует о повышении выделяемой на нем мощности и возрастании температуры, микропроцессорная система предупреждает о возможном отказе преобразователя в следующие 100 часов эксплуатации. При повышении прямого падения напряжения на каком-либо тиристоре до недопустимой величины срабатывает защита и выключает преобразователь (тиристоры).

Педостатками прототипа являются:

1.Сложность реализуемости предлагаемой микропроцессорной системы контроля в целом и измерения падений напряжения на тиристорах в их проводящем состоянии при помощи датчиков напряжения VT1-VT4. Это трудно осуществить особенно в высоковольтных преобразователях, с учетом гальванически развязанных датчиков напряжения с линейными характеристиками: падение напряжения на проводящих тиристорах может достигать 1 В, а отклонение от этой величины при перегреве элемента составляет (0,05-0,2) В. Кроме того, данные величины в силу старения тиристоров могут существенно изменяться в процессе эксплуатации.

2.Высокая стоимость из-за описанных в п.1 сложностей по измерению гальванически развязанных сигналов низкого уровня с малым изменением измеряемых величин в процессе работы, особенно в преобразователях на напряжение 6 (10) кВ и более.

3. Отсутствие контроля напряжения в наиболее критичном непроводящем состоянии тиристоров, где имеют место наибольшие напряжения и наиболее вероятен пробой тиристоров при выходе из строя одного из них.

Технический результат заявленного устройства - повышение надежности и упрощение системы защиты высоковольтного преобразователя.

Технический результат достигается тем, что в высоковольтном вентильном модуле, содержащем блок последовательно включенных тиристоров, блок RC-цепей, блок резисторов, включенных параллельно тиристорам, а также устройства защиты преобразователя и контроля тиристоров, каждое устройство контроля содержит последовательно включенные делитель напряжения, выпрямительный мост, пороговый и оптронный элемент, при этом выходы всех оптронных элементов соединены параллельно и подключены к входу компаратора, выход которого подсоединен к блоку защиты.

Отличительной особенностью полезной модели является то, что повышение надежности и упрощение достигается за счет введения компаратора и устройств контроля тиристоров, контролирующих максимальное напряжение соответствующих тиристоров в их непроводящем состоянии, каждое из которых состоит из последовательно соединенных между собой делителя напряжения, выпрямительного моста, порогового и оптронного элемента, при этом выходы всех оптронных элементов соединены параллельно и подключены к входу компаратора, выход которого подсоединен к блоку защиты. В результате выявляется любая неисправность тиристоров (замыкание или обрыв в структуре), либо

.

сов на входе какого либо тиристора), что повышает его надежность и упрощает устройство в целом. При этом в отличие от известных решений неисправность модуля выявляется как в обесточенном его состоянии, так и в проводящем.

На фиг. 1 приведена схема заявляемого высоковольтного вентильного модуля, где приняты следующие обозначения:

1- силовой блок;

2- блок тиристоров;

3-блок RC-цепей;

4- блок резисторов;

5- устройство контроля тиристров;

6- делитель напряжения;

7- выпрямительный мост;

8- пороговый элемент, например, стабилитрон или динистор;

9- оптронный элемент;

10- компаратор;

11- устройство защиты тиристоров;

UiH, Uia- соответственно номинальная и аварийная величина напряжения

на выходе делителя напряжения;

UCP - напряжение срабатывания устройства 5.

В предлагаемом высоковольтном вентильном модуле, содержащем силовой блок 1, состоящий из блока тиристоров 2, блока RC-цепей 3 и блока резисторов 4, соединенных соответственно между собой, к которым подключены

делителя напряжения 6, выпрямительного моста 7, порогового элемента 8 и оптронного элемента 9, выходы оптронных элементов 9 соединены между собой параллельно и подключены к компаратору 10, выход которого соединен с устройством защиты 11 тиристоров преобразователя.

Работа устройства

Высоковольтный вентильный модуль является составной частью высоковольтного вентильного преобразователя с последовательно, либо последовательно-противопараллельным соединением тиристоров. Блоки 3 и 4 обеспечивают деление напряжений между тиристорами блока 2 при нормальной работе преобразователя. В случае появления аномальных режимов (например, пробой или замыкание структуры тиристора), на тиристорах и на блоках делителей напряжения 6 возникают недопустимые аварийные перенапряжения (рис. 1, б).

Рассмотрим возможные варианты неисправностей тиристоров и их защиты.

Случай 1

При пробое одного тиристора в высоковольтном вентильном модуле с возникновением короткозамкнутой полупроводниковой структуры к остальным тиристорам в закрытом состоянии прикладывается повышенное напряжение, что фиксируется устройствами 5, количество которых равно числу последовательно включенных тиристоров. При превышении напряжения порога срабатывания элемента 8 () по входной цепи оптрона 9 протекает ток. В результате компаратор срабатывает и дает сигнал на блок 11, осуществляющий отключение преобразователя (запираются тиристоры и отключается автоматиче // /

ский выключатель). Выходные цепи оптронов 9 всех устройств 5 включены параллельно (по схеме ИЛИ), что обеспечивает срабатывание защиты при появлении перенапряжения на любом тиристоре.

Случай 2

При пробое какого-либо тиристора с разрушением (обрывом) полупроводниковой структуры на данном тиристоре имеем перенапряжение, т.к. остальные тиристоры открыты по цепи управления. Аналогично случаю 1 здесь также срабатывают устройства 5, 10, 11.

Случай 3

При исчезновении управляющего импульса на одном из тиристоров вентильного модуля и наличии управляющих импульсов на остальных тиристорах, к указанному тиристору прикладывается перенапряжение, аналогичное случаю 2.

Таким образом, предлагаемый высоковольтный вентильный модуль и преобразователь, состоящий из таких модулей, защищен при выходе из строя или отключении управления любого тиристора. Предлагаемое устройство повыщает надежность и упрощает в целом защиту высоковольтного тиристорного преобразователя, содержащего последовательно соединенные тиристоры.

1 Чебовский О.Г., Моисеев Л.Г., Сахаров Ю.В.Силовые полупроводниковые приборы (справочник). Изд-во «Энергия, М., 1975 г.

2 Белкин А., Гусев Ю., Рогинская Л., Шуляк А. Прогнозирование состояния тиристоров в тиристорных преобразователях частоты.Ж. «Электронные компоненты №6, 2002 (с. 82-83).

Источники известности:

Claims

Высоковольтный вентильный модуль, содержащий блок последовательно включенных тиристоров, блок RC-цепей, блок резисторов, включенных параллельно тиристорам, а также устройства защиты и контроля тиристоров, отличающийся тем, что каждое устройство контроля содержит последовательно включенные делитель напряжения, выпрямительный мост, пороговый и оптронный элемент, при этом выходы оптронных элементов соединены параллельно и подключены к входу компаратора, выход которого подсоединен к блоку защиты.