SU1046830A1 - Устройство дл защиты полупроводникового преобразовател - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ, содержащего измерительный мост, образованный цепью вентилей плеча преобразовател  и делителем напр жени ,. включающее в себ  трансформатор,  вл ющийс  чувствительным -элементом, первична  обмотка которого через конденсатор включена в диагональ, измерительного моста, а вторична  обмотка подключена к двухканальному логическому блоку, причем выходным элементом первого канала  вл етс  элемент задержки, подключенный входом к выходу элемента И, к входам которого подключены выходы элементов Пам ть и/НЕ, входы которых подключены к выходу входного усилител , вход которого  вл етс  входом двухканального логического блока, а второй канал образован релейным элементом , порог срабатывани  которого больjiie зоны нечувствительности входного усилител  первого канала, при этом выходы задержки и релейного элемента св заны с входом выходного усилител  .логического блока, выход которого подключен к исполнительному элементу и первому сигнальному элементу, а выход элемента Пам ть св зан со вторым сигнальным элементом, о тличающеес  тем, что, с целью повышени  надежности, в него введены п ть элементов И, два диода, два преобразовател  длительности импульса в пропорциональное напр жение, два дифференцирующих элемента, два выпр мител , четыре пороговых элемента , два сглаживающих элемента, два расширител  импульсов, три элемента времени, элемент ИЛИ и релейный усилитель, причем выход элемента задержки соединен с первым входом первого элемента И, выход которого соединен с входом выходного усилител , выход элемента Пам ть соединен с первым входом второго элемента И, выход которого соединен с входом второго сигнального элемента, (Л к выходу чувствительного элемента через два разнопол рно включенных (Циода подсоединены две цепи, кажда  из которых содержит последовательно соединенные преобразователь длительности импульсов в пропорциональное напр жение, пороговый элемент, рас- ширитель импульсов, йыходы расширителей импульсов подсоединены к входам третьего элемента И, выход кото4 рого через элемент времени соединен О) с вторыми входами первого и второго элементов И, к входам обоих преобра00 зователей длительнос.ти импульсов в СлЭ пропорциональное напр жение подсоединены две цепи, кажда  из которых состоит из последовательно соединенных дифференцирующего элемента, выпр мител , сглаживающего элемента и порогового элемента, причем выход порогового элемента первой цепи соединен с первым входом четвертого элемента И непосредственно, ас вторым входом п того элемента И - через первый элемент времени; выход порогового элемента второй цепи соединен с первым входом п того элемента И непосредственно, .а с вторым входом четвертого элемента И - через вегорой

Description

элемент времени, третьи входы четвертого и п того элементов И соединены с выходом третьего, выходам четвертого и п того элементов И соед нены с входами элемента ИЛИ, выход которого через релейный усилитель подключен к цеп м отключени  преобразовател .

Изобретение относитс  к электро технике, а именно к устройствам защиты вентильных преобразователей, реагирующих на повреждение отдельных Вентилей при их последов тельно параллельном соелинении. Изветно устройство, дл  защиты полупроводникового преобразовател , содержащего измерительный мост, образованный вентил ми плеча преобразовател  и делителем напр жени , включающее в себ  трансформатор, первична  обмотка которого включена в диагональ измерительного моста, а вторична  обмотка подключена к испо нительному элементу Cl. Недостаток этого устройства, низка  надежность. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  устройство дл  защиты полупроводникового преобразовател , содержащее измерительный мост, образованный цепью вентилей плеча преобразовател  и делителем напр жени , в диагональ которого включены последовател но первична  обмотка трансформатора и конденсатор. К вторичной обмотке трансформатора подключен двухканаль ный логический блок, выходным элементом первого канала  вл етс  элемент задержки, подключенный к элементу И, к входам которого подключе ны элементы Пс1м ть и НЕ, входы которых подключены через усилитель к трансформатору, а второй канал об разован релейным элементом, порог срабатывани  которого больше зоны нечувствительности входного усилите л  первого канала 2. Отличительные признаки известного устройства обеспечивают выработк сигнала о пробое любого вентил  пле ча и выработку сигнала на отключение преобразовател  при пробое двух вентилей в последовательной цепи не зависимо от их расположени  относительно точек подключени  первичной обмотки трансформатора и конденсато ра. Причем при пробое двух вентилей расположенных по разные стороны от точки подключени  трансформатора, при пробое первого вентил  и возник новении напр жени  на диагонали измерительного моста срабатывает сигнальный элеме«т, при пробое второго вентил  сопротивлени  плеч моста, образованных цепью вентилей, выравниваютс , напр жение небаланса на диагонали измерительного моста ут е: шаетс , на выходе элемента НЕ первого канала логического блока по вл етс  сигнал логической 1 , на .выходе элемента Пам ть также имеетс  сигнал логической , на выходе элемента И при этом по вл етс  сигнал логический , и устройство вырабатывает сигнал на отключение преобразовател . В режиме нагрузки преобразовател  на диагонали измерительного моста существует напр жение небаланса, которое определ етс  различием динамических характеристик отдельных вентилей . Амплитуда напр жени  небаланса может достигать, а в отдельных случа х превышать амплитуду обратного напр жени  на одном вентиле, при этом напр жение небаланса оказываетс  соизмеримым с фиксируемым значением напр жени  на диагонали измерительного моста при пробое одного вентил  плеча преобразовател . Вьтолнение требовани  отстройки от напр жени  Небаланса в нагрузочном режиме приводит к загрублению защиты и существенному уменьшению чувствительности. Если после пробо  одного вентил  происходит пробой еще двух вентилей, расположенных по другую сторону от точки подключени  трансформатора, то изменитс  пол рность напр жени  на диагонали моста, а значение его сохранитс . При этом сигнал на отключение преобразовател  не поступит. Работа преобразовател  с трем  поврежденными вентил ми в одном плече значительно увеличивает веро тность пробо  плеча, и, вследствие этого, повышаетс  веро тность выхода из стро  преобразовател  на длительное врем . Таким образом, указанные недостатки известного устройства снижают его надежность. Цель изобретени  - повышение надежности устройства защиты. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  защиты полупроводникового преобразовател , содержащего измерительный мост, образованный цепью вентилей плеча преобразовател  и делителем напр жени , включающее в себ  трансформатор,  вл ющийс  чувствительным элементом, первична  обмотка которого через конденсатор включена в диагональ измерительного моста, а вторична  обмо ка подключена к двухканальному логическому блоку, причем выходным элементом первого канала  вл етс  элемент задержки, подключенный входом к выходу элемента И, к входам которого подключены выходы элементов Пам ть и НЕ, входы которых подключены к выходу входного усилител , вход которого  вл етс  входом двухканального логического блока, а второй канал образован релейным элементом , порог срабатывани  которого больше зоны нечувствительности входного усилител  первого канала, при этом выходы элемента задержки и релейного элемента св заны с входом выходного усилител  логического блока , выход которого подключен к испол нительному элементу и первому сигнальному элементу, а выход элемента Пам ть св зан с вторым сигнальны элементом, введены п ть элементов И два диода, два преобразовател  длительности импульса в пропорциональное напр жение, два дифференцирующих элемента, два выпр мител , четыре пороговых элемента, два сглаживающих элемента, два расщирител  импульсов три элемента времени, элемент ИЛИ и релейный усилитель, причем выход эле Мента задержки соединен с первым входом первого элемента И, выход которого соединен с входом выходного усилител , выход элемента Пам ть соединен с первым входом второго эле мента И, выход которого соединен с входом второго сигнального элемента к выходу чувствительного элемента через два разнопол рно включенных диода подсоединены две цепи, кажда  из которых содержит последовательно соединенные преобразователь длительности импульсов в пропорциональ ное напр жение, пороговый элемент, расширитель импульсов, выходы расши рителей импульсов подсоединены к входам третьего элемента И, выход которого через элемент времени соед нен с вторыми входами первого и вто рого элемента И, к входам обоих пре разователей длительности импульсов в пропорциональное напр жение подсо единены две цепи, кажда  из которых .состоит из последовательно соединен ных дифференцирующего элемента, выпр мител , сглаживающего элемента и порогового элемента, причем выход порогового элемента первой цепи сое динен с первым входом четвертого элемента И непосредственно, а с вто ры1и входом п того элемента И - чере первый элемент времени, выход порогового элемента второй цепи соединен с первым входом п того элемента И непосредственно , а с вторым входом четвертого элемента И - через второй элемент времени, третьи входы четвертого и п того элементов И соединены с выходом третьего элемента И, выходы четвертого и п того элементов И соединены с входами элемента ИЛИ, вы-. ход которого через релейный усилитель подключен к цеп м отключени  преобра- . зовател . Повышение отстррйки от напр жени  небаланса в нагрузочном режиме достигаетс  введением дополнительных первого и второго элементов И, включенных в блоке логики известного устройства Между элементом задержки и усилителем (первый элемент И) и между элементом Пам ть и сигнальным элементом (второй элемент И). Выработка устройством сигнала или команды на отключение преобразовател  происходит только после по влени  на вторых входах первого и второго элементов И разрешающих сигналов, вырабатываемых цепью, в которой осуществл етс  измерение и сравнение, длительности импульсов.полуволн направг лени  на диагонали измерительного моста с заданным временем. Разрешающий сигнал по вл етс  при превышении длительностей-импульсов обоих полуволн напр жени  на диагонали измерительного моста заданного времени . Длительность импульсов напр жени  небаланса на диагонали измерительного моста в нагрузочном режиме преобразовател  практически в три раза меньше, чем длительность импульсов напр жени  при пробое -вентил  в контролируемом плече. Поэтому введение в схему дополнительных элементов обеспечивает срабатывание защиты в случае пробо  вентил  при одновременном достижении надежной отстройки от импульсов напр жени  небаланса по их длительности в нагрузочном режиме . Если после пробо  одного вентил  происходит пробой еще двух вентилей, расположенных по другую сторону от .точки подключени  трансформатора известное устройство, как указывалось выше, не вырабатывает команду на отключение . Дл  устранени  этого недостатка введены дополнительные измерительный и логический блоки. Измерительный блок состоит из двух цепей, содержащих последовательно соединенные дифференцирующий элемент, выпр митель, сглаживающий элемент и пороговый элемент, причем эти цепи подключены к вторичной обмотке трансформатора через разнопол рно включенные диоды. При пробое вентил  напр жение на диагонали измерительного моста имеет форму импульсов, содержащих апериоднческуга составл ющую и высшие гармоники. Напр жение на пер вичной и вторичной обмотках трансфо матора, включенного в диагональ измерительного моста, не содержит апе риодическую составл ющую напр жени  котора  полностью палает на раздели тельном конденсаторе. При этом одна полуволна напр жени  на вторичной обмотке трансформатора содержит высшие гармоники, а полуволна, образов на  .за счет смещени  кривой напр жени  на величину посто нной составл ю щей, имеет форму импульсов с практи чески неиэменньг и мгновенны.1и значени ми напр жени . Производна  первой полуволны напр жени  трансформатора представл ет собой знакопеременный .сигнал, со значительной амплитудой, а производна  второй полуволны значительно отличаетс  от нул  только на интервалах возрастани  напр жени  и снижени  его до нулевого значени  длительность которых существенно меньше времени существовани  импуль са напр жени  этой полуволны. Сигналы , соответствующие каждой полуволне выпр мл ютс , сглаживаютс  и подаютс . на входы пороговых элементов. При этом ОДИ.Н пороговый элемент, на вход -которого подаетс  сигнал больше уставки , срабатывает, а другой пороговый элемент не срабатывает. Дополнительный логический блок, подключаемый к выходу дополнителзьного измерительного блока, вырабатывает команду на отключение только при изменении уровн  сигналов пороговых элементов измерительного блока на противоположный,что соответствует пробою двух вентилей после пробо  первого вентил , расположенного по другую сторону относительно точки подключени  трансформатора. В этом случае измен етс  пол рность напр жени  на диагонали измерительного моста и форма напр жени  на входах дифференцирующих элементов И, соответственно , мен етс  на противоположный уровень сигналов на входах . пороговых элементов. На фиг, 1 приведена функциональна схема устройства; на фиг. 2 - осциллограммы , по сн ющие работу Цепи, в которой осуществл етс  вы вление пробо  вентил  по длительности полу .волн напр жени  трансформатора, вклю ченного в диагональ измерительного моста (  - нормальный режим; 5 - про бой вентил ); на фиг. 3 и 4 - осциллограммы , иллюстрирующие работу дополнительных элементов устройства, обеспечивающих отключение преобразовател  при пробое одного, а затем двух вентилей, расположенных в первом и втором плечах 1.1 и 1.2 измерительного моста (« - нормальный режим , Б - пробой одного йентил  в 1.1, 6- пробой двух вентилей в плече 1.2). Устройство содержит измерительный мост, образова.нный вентил ми плеча преобразовател  и делителем напр жени , в диагональ которого включены последовательно конденсатор и первична  обмотка трансформатора, первое и второе плечо 1.1 и 1.2 измерительного моста..конденсатор 2, трансформатор (чувствительный элемент) 3, усилитель 4, элемент НЕ 5, элемент Пам ть 6, релейный -элемент 7, элемент ИЗ,- элемент 9 задержки, усилитель 10, сигнальный элемент 11, исполнительный элемент 12, сигнальный элемент 13, элемент.ы И 14 и 15, диоды 16 и 17, преобразователи 18 и 19 длительности импульсов в пропорциональное напр жение, пороговые элементы 20 и 21, расширители 22 и 23 импульсов, элемент И.24, дифференцирующие элементы 25 и 26, выпр мители 27 и 28, сглаживающие элементы 29 и 30, пороговые элементы 31 и 32, элементы 33 и 34 .времени, элементы И 35 .и 36, элемент ИЛИ 37, релейный усилитель 38, элемент ЗЭ времени. На фиг. 2-4 прин ты следующие обозначени  : Ur, ; -напр жени  на двух группах вентилей плечей преобразовател , образующих соответственно первое и второе плечо 1.1, 1.2 измерительного моста; Ь1д - напр жение на диагонали измерительного моста; и, - напр жение на вторичной обмотке трансформатора 3; U.g 24 пр жение на выходах соответствующих элементов ;U(;p напр жение срабатывани  пороговых элементов 20 и 21; , - момент пробо  вентил  в плече 1.1; inp2 момент пробо  двух вентилей в плече 1.2; U , 0 , U., , U ( напр жение на соответствуюпдах элементах; - напр жение срабатывани  пороговых элементов 31 и 32. Устройство работает следующим образом . При работе преобразовател  в нагрузочном режиме напр жение и. ni отличаетс  на малых отрезках времени из-за различи  динамических характеристик вентилей, в результате напр жение на диагонали измерительного моста и имеет характер импульсов , значительно меньших импульса обратного напр жени  (фиг. 2а). Напр жение на вторичной обмотке трансформатора 3 не содержит апериодической составл ющей и представл ет собой двухпол рный сигнал, одна полуволна которого по длительности в несколько раз меньше другой. Полуволны этого сигнала раздел ютс  с помощью диодов 16 и 17 и поступают на вход преобразователей длительноети импульсов в пропорциональное напр жение 18 и 19, на выходах которых по вл ютс  импульсы треугольной формы. Амплитуда импульса, соответствующа  полуволне с меньшей длитель ностью, меньше установки срабатывани  пороговых элементов 20 и 21, а амплитуда импульса, соответствующа  второй полуволне, больше уставки срабатывани . Поэтому в рассматриваемом случае может сработать один из двух пороговых элементов 20 или 21. Выходы преобразователей 18, 19 соединены с входами элемента И через ра ширители 22 и 23 импульсов. При возникновении импульсных сигналов на вы ходе одного из пороговых элементов 2 или 21 на выходе соответствующего расширител  22 или23 импульсов по витс  посто нный сигнал, на выходе элемента И 24 сигнал не по витс ,поэтому на вторых входах элементов И 14 и 15,- установленных в цеп х отключени  и сигнализации известного устройства, будет блокирующий сигнал логический О . При пробое вентил  в плече 1.1 или 1.2 измерительного моста длитель ность импульсов напр жени  на его диа:гонали равна длительности импульсов обратного напр жени  на вентил х Длительности полуволн напр жени  на трансформаторе 3 примерно одинаковы в несколько раз превышают длительг ность импульсов напр жени  небаланса (фиг. 26). В результате амплитуд сигналов на выходах преобразователе 18 и 19 превышает уставки срабатывани  пороговых элементов 20 и 21, си нал, соответствующий логической i по вл етс  на обоих входах элемента И 24,на его выходе и одновременно н вторых входах элементов И 14 и 15 по вл етс  разрешающий сигнал - логическа  . в этом случае при срабатывании известного устройства по вл етс  сигнал о пробое вентил  в плече преобразовател . При пробое второго вентил  в дру гом плече (12 или 1.1) напр жение н диагонали Уд выравниваетс  и сигнал на выходе элемента И 24 .исчезает, однако разрешающий сигнал на вторых входах элементов И 14 и 15 сохран етс  благодар  действию элемента 39 времени на врем , достаточное дл  отработки команды на отключен-ие выключател , вырабатываемой известным устройством. При нормальной работе выпр мител  на вход дифференцирующих элементов 25 и 26 поступают полуволны напр жени  небаланса трансформатора, одна из которых представл ет собой узкий импульс, а друга  - импульс, бли кий по форме к пр моугольному импуль су с малой амплитудой (фиг. За). На выходе дифференцирующих элементов 25 и 26 в этом случае по в тс  узкие одиночные импульсы, на выходе выпр мителей 27 и 28 эти импульсы будут иметь одну пол рность, амплитуда импульсов на выходах сглаживающих элементов 29,30 будет меньше напртжени  срабатывани  пороговых элементов 31 и 32.При этом логичес- кий блок, .состо щий из элементов 33-37, не срабатывает. В момент tqp происходит пробой первого вентил , например в плече 1.1. При этом полуволна напр жени  на диагонали измерительного моста Цд,, поступающа  на вход дифференцирующего элемента 25, имеет  рко выраженные высшие гдрмоники , а друга  полуволна, поступеиоща  на вход элемента 26, не имеет  рко выраженных высших гармоник. Поэтому на выходе дифференцирующего элемента 25 знакопеременные сигналы будут- иметь длительность, равную длительности импульсов обратного напр жени  на вентил х, выходе дифференцирующего элемента 26 сигналы будут иметь длительность, равную времени нарастани  и снижени  значени  напр жени  импульса, котора  существенно меньше первой,В данном случае вьтр мленный и сглаженный сигнал на выходе порогового элемента 31 будет иметь большее значение , чем сигнал на входе порогового элемента 32, от значени  которого производитс  отстройка по напр жению срабатывани . В рассматриваемом случае срабатывает пороговый элемент 31, а элемент 32 не сработает. При этом на первом входе элемента И 35 -по витс  сигнал логической , на его втором входе сохранитс  сигнал О, на третьем входе, св занном с выходом элемента И 24 сигнал равен логической , на выходе элемента И 35 сигнал равен логическому О. На первом входе элемента И 36 сигнал равен логическому втором входе после срабатывани  порогового элемента 31 по витс  сигнал логической , на третьем входе сигнал также равен логической , на выходе элемента -И 36 сигнал равен логическому В момент tfip2 происходит пробой сразу двух вентилей в плече 1.2. Напр жение на диагонали моста мен ет пол рность, при этом сигнал на выходе порогового элемента 31 исчезает , а на выходе элемента 32 по вл етс . Одновременно с этим по вл етс  сигнал логической i на выходе элемента И 36 и элемента ИЛИ 37, поскольку сигнал логической 1 на втором входе элемента И 36 существует дольше, чем на выходе порогового элемента 31 благодар  действию элемента 33 времени, имеющего выдержку

времени на пропа 1ание сигнала. В результате происходит срабатывание релейного усилител , вырабатывающе™ го команду на отключение преобразовател .

Логические и функциональные элемекты дополнительного устройства могут быть реализованы с использованием полупроводниковой техники.

Технико-экономическа  эффективность устройства определ етс  повыш нием надежности эагциты преобразовател  при пробое отдельных вентилей за сче усилени  отстройки защиты от напр жени  небаланса, а также за

счет предотвращени  отказа защиты при пробое одного, а затем двух вентилей , расположенных в разных плечах измерительного моста. Экономический эффект обусловлен исключением ложных срабатываний защиты, сопровождающихс  отключением преобразовател  и недоотпуском электроэнергии подключенных к нему потребителей, а также обеспечением надежного срабатывани  защиты и отключени  преобразовател  при последовательном во времени пробое одного из двух вентилей и предотвращением выхода из стро  большого числа вентилей плеча преобразовател .

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ, содержащего измерительный мост, образованный цепью вентилей плеча преобразователя и делителем напряжения,включающее в себя трансформатор, являющийся чувствительным элементом, первичная обмотка которого через конденсатор включена в диагональ, измерительного моста, а вторичная обмотка подключена к двухканальному логическому блоку, причем выходным элементом первого канала является элемент задержки, подключенный входом к выходу элемента И, к входам которого подключены выходы элементов ¹'Память'¹ и НЕ, входы которых подключены к выходу входного усилителя, вход’ которого является входом двухканального логического блока, а'второй канал образован релейным элементом, порог* срабатывания которого больше зоны нечувствительности входного усилителя первого канала, при этом выходы задержки и релейного элемента связаны с входом выходного усилителя логического блока, выход которого подключен к исполнительному элементу и первому сигнальному элементу, а выход элемента ''Память'' связан со вторым сигнальным элементом, о т личающееся тем, что, с целью повышения надежности, в него введены пять элементов И, два диода, два преобразователя длительности импульса в пропорциональное напряжение, два дифференцирующих элемента, два выпрямителя, четыре пороговых элемента, два сглаживающих элемента, два расширителя импульсов, три элемента времени, элемент ИЛИ и релейный усилитель, причем выход элемента задержки соединен с первым входом первого элемента И, выход которого соединен с входом выходного усилителя, выход элемента ’’Память'' соединен с первым входом второго элемента И, выход которого соединен с о входом второго сигнального элемента, к выходу чувствительного элемента через два разнополярно включенных (Диода, подсоединены две цепи, каждая из которых содержит последовательно соединенные преобразователь длитель- q ности импульсов в пропорциональное напряжение, пороговый элемент, рас- ширитель импульсов, Выходы расширителей импульсов подсоединены к входам третьего элемента И, выход которого через элемент времени соединен с вторыми входами первого и второго элементов И, к входам обоих’ преобразователей длительности импульсов в пропорциональное напряжение подсоединены две цепи, каждая из которых состоит из последовательно соединенных дифференцирующего элемента, выпрямителя, сглаживающего элемента и порогового элемента, причем выход порогового элемента первой цепи соединен с первым входом четвертого элемента И непосредственно, ас вторым входом пятого элемента И - через первый элемент времени; выход порогового элемента второй цепи соединен с первым входом пятого элемента И непосредственно, а с вторым входом четвертого элемента И - через вегорой элемент времени, третьи входы четвертого и пятого элементов И соединены с выходом третьего, выходы чет вертого и пятого элементов И соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого через релейный усилитель подключен к цепям отключения преобразователя .