SU1169115A1 - Тиристорный преобразователь с защитой - Google Patents

Abstract

ТИРИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ЗАЩИТОЙ, содержащий блок силовых тиристоров, выполненный по трехфазной моСтовой схеме, датчики проводимости силовых тиристоров, систему импульсно-фазового управлени  и блок отключени  преобразовател , отличающийс  тем, что, с целью повышени  надежности тиристорного преобразовател , в него введены блок вспомогательных тиристоров, выполненный по трехфазной мостовой схеме, с собственным блоком нагрузки и с датчиками проводимости тиристоров, шесть элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ , два семивходовых элементаИ-НЕ , два селектора длительности импульсов , два элемента НЕ, ключевой элемент с размыкающим и замыкающим контактами и источник сигнала логической «1, а блок отключени  преобразовател  содержит автоматическнй выключатель на первичной стороне блока силовых тиристоров и блок управлени  его отключением, причем блок вспомогательных тиристоров подключен первичной стороной к тем же фазам напр жени  питани , что и блок силовых тиристоров, а управл ющие электроды вспомогательных тиристоров - к тем же выходам системы импульсно-фазового упр.чвлони , что и управл ющие электроды силовых тиристоров, при этом выходы датчиков проводимости первых , вторых и третьих тиристоров катодной груп11 1 блоков сил()В1;1х и вспомогательных тиристороп подключены к соответствующим входам первого, второго и третьегч) элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ соответственно, а гл 1холы датчиков проводимости первых, вторых и третьих тирпсторон анодной группы блоков силовых II вспомогательных тиристоров подключены к соответствующим входам четвертого, пнюго и иччтого эле.ментов РАВНОЗНАЧНОСТЬ, выходы каждого элемента РАВНОЗНАЧНОСТЬ соединены с i соответствующими входами первого и второго семиЕ ходо1Илх элементов Н НЕ. выхоСЛ ды которых соответственно черен первый и второй селекторы длитс-лыюсш импульсов с: ПОДКЛЮЧУ) к псрвому И второму )Х(дам блока управ.чени  отключе(пем автоматического выключател  и соединены с соответствующими входами сйстемь имг ульснофазового у1 равлепп , выход г ервого селектора длительности соединен с седьмым вхоо дом второго семивходоного элеме)та И--НЕ со через последовательно включенные первый элемент НЕ и размыка ощий контакт ключевого элемента, зам,1кающ 1Й контакт которого соединен с источником сигнала логичеел ской «I, а выход второго селектора длительности подключен к седьмому входу первого семивходового элемента И - НЕ через второй элемент НЕ.

Description

Устройство относитс  к силовой преобразовательной технике и предназначено дл  использовани  в системах управлени  технологическими процессами.

Целью изобретени   вл етс  повышение надежности тиристорного преобразовател .

На фиг. I представлена функциональна  схема тиристорного преобразовател  (ТП) с защитой; на фиг. 2 - функциональна  схема блока диагностики; на фиг. За - функциональна  схема фазосдвигающего блока каждой фазы СИФУ; на фиг. 36 и в - варианты выполнени  датчиков проводимости на оптроне и датчике тока соответственно; на фиг. Зг - схема выполнени  блока управлени  отключением автоматического выключател ; на фиг. 4 и 5 - временные диаграммы сигналов элементов преобразовател .

В состав ТП (фиг. 1) вход т мостова  двухфазна  схема силовых тиристоров 1-6 с датчиками 7 и 12 проводимости, вспомогательна  мостова  трехфазна  схема, содержаща  тиристоры 13-18, с датчиками 19-

24проводимости, блоки нагрузки силовой

25и вспомогательной 26 мостовых трехфазных схем, автоматический выключатель 27 и блок 28 управлени  его отключением, система импульсно-фазового управлени  (СИФУ) 29 с входом 30 дл  подключени  источника сигнала управлени  (Т) и входные клеммы ЗАПРЕТ 31 и 32, выходные клеммы 33 СИФУ дл  подключени  к управл ющим электродам тиристоров силовой и вспомогательной мостовых трехфазных схем, блок 34 с входными 35-46 и выходными 47 и 48 клеммами, содержащий (фиг. 2) элементы РАВНОЗНАЧНОСТЬ 49-54, семивходовые элементы И-НЕ 55 и 56, элементы НЕ 57 и 58 селекторы 59 и 60 длительности импульсов , ключевой элемент 61 с размыкающим и замыкающим контактами, клемму 62 дл  подключени  источника сигнала логической «1.

Св зь выходов 33 СИФУ 29 с управл ющими электродами тиристоров 1-12 на фиг. 1 не показана с целью упрощени  функциональной схемы ТП.

Структура СИФУ 29 (фиг. За) предполагает наличие дл  каждой фазы фазосдвигающего устройства с формирователем 63 импульсов элемента ЗАПРЕТ 64, импульсного трансформатора 65, элемента ИЛИ 66 с входами 31 и 32. Вторичные обмотки трансформатора 65 через диоды подключаютс  к управл ющим электродам соответствующих тиристоров (например, 1 и 13) силовой и вспомогательных схем ТП. Наличие сигнала логической «1 на одном из входов 31 и 32 элемента ИЛИ 66 приводит к формированию на его выходе напр жени  логической «1, что обеспечивает нулевой уровень сигнала на выходе элемента ЗАПРЕТ 64 независимо

от величины сигнала на выходе блока 63 (СИФУ и формировател  импульсов фазы). Датчики проводимости 7-12 и 19-24, тиристоров могут быть реализованы на оптро не 67 (фиг. 36) с диодом 68 и резисторами 69 и 70 либо на базе датчика тока (фиг. Зв) с щунтом 71 и усилителем 72. На фиг. 1 они изображены в виде блоков, подключенных параллельно тиристорам. Когда силовой или вспомогательный тиристоры наход тс  в открытом состо нии, выходной сигнал датчика проводимости соответствует уровню логической «1, а когда тиристор закрыт - логическому «О.

с Блок 28 (фиг. 1) содержит реле с обмотками 73 и 74 (фиг. Зг). При наличии сигнала логической «1 хот  бы на одном из входов 75 и 76 блока 28 автомат 27 (фиг. 1) размыкаетс  (логическа  функци  ИЛИ). Выходной сигнал элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ 49-54 (фиг. 2) соответствует уровню логической «1, если на их входах знаки (уровни) сигналов совпадают. Если уровни воздействий на входах (35,36), (37, 38),(39, 40), (41,42), (43,44), (45, 46) не

5 совпадают (логическа  «1 и логический то выходной сигнал блоков 49-54 равен нулю.

Элементы 55 и 56 реализуют функцию И-НЕ, т.е. если хот  бы на одном из их входов сигнал равен логическому «О,

0 выходное напр жение блоков 55 и 56-равно логической «1. Элементы 57 и 58 формируют на выходе сигнал логической «I, если их входной сигнал равен нулю.

Выходной сигнал селекторов 59 и 60 длительности импульсов равен логической

«1 только в том случае, когда длительность импульса на входе превышает заранее выбранную величину. Если длительность импульсов на выходе блоков 55 и 56 меньше некоторой заданной величины, сигнал на выходе

„ элементов 59 и 60 равен нулю.

На фиг. 1-4 обозначены yj(t)) сигналы с выходов элементов 7-60 соответственно .

Устройство работает следующим образом.

Тиристоры 1 -6 образуют силовую трехфазную схему выпр млени  напр жений сети i(t), Ve(t), Vc(t). Группа тиристоров 13-18 составл ет вспомогательную маломощную мостовую схему, конфигураци  которой полностью соответствует силовой мостовой схеме ТП.

Тиристоры (1 и 13), (3 и 15), (5 и 17), (6 и 18), (2 и 14) и (4 и 16) управл ютс  синхронно от СНФЦ 29, котора  преобразует сигнал X(t) (клемма 30) и импульсы управлени  тиристорами, положение которых во времени по отношению к направлени м VA(t), Vj(t), Vc.(t) зависит от уровн  управл ющего воздействи  X(t) ТП.

Нагрузка 26  вл етс  аналогом основной нагрузки 25 ТП..В дальнейшем предполагаетс , что блоки 25 и 26  вл ютс  чисто активными.

При работосиособности всех элементов схемы режимы работы тиристоров основного и вспомогательных мостов идентичны.

Предположим, что угол с(. формировани  управл ющих импульсов тиристоров tXHOBHoro и вспомогательных мостов ТП равен нулю (фиг. 4, режим неуправл емого выпр мител ). Тогда в интервалах времени, ограниченных точками естественной коммутации 1-3, 3-5, 5-1 (фиг. 4а), в провод щем состо нии наход тс  тиристоры 1, 3, 5 и 13, 15, 17 катодной группы мостов, а в интервалах времени 2-4, 4-6 и 6-2 - тиристоры анодной группы этих мостов. В этом случае на выходе датчиков проводимости возникают сигналы логической «1 в определ емой последовательности (см. табл.).

В результате на входах элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ 49-54 (фиг. 2) уровни входных воздействий в правильно функционирующей схеме силовых мостов ТП все врем  совпадают, поэтому напр жени  на выходах элементов 49-54 равны логической «1 (фиг. 4о). При этом сигнал на выходах 47 и 48 блока 34 (фиг. 1 и 2) равен нулю.

Предположим, что в момент времени to (фиг. 46) выщел из стро  тиристор 1 основного моста ТП (разрыв его цепи). Тогда сигнaлЧY (t) на выходе датчика 7 становитс  равным нулю и в течение времени на входах элемента 50 имеет .место несовпадение уровней сигналов y/it) и Uig (t) (фиг. 46, в). Это вызывает по вление на выходе элемента 50 сигнала 4so (t) логического «О (фиг. 4п - сплощна  лини ), а на выходе элементов 55 и 56 сигналаУ55() логической «1 (фиг. 4п - пунктир).

По истечении времени Af (фиг. 4р) на выходе селекторов 59 и 60 формируетс  сигнал логической «1, который при воздействии на в.ходы 31 и 32 СИФУ 29 (фиг. 1-За) с приводит к прекращению формировани  управл ющих и.мпульсов тиристорами основного и вспомогательного (эталонного) мостов . Одновременно с этим сигнал (t) i}sci (t) (фиг. 2, 4р) воздействует на блок 28 (фиг. 1) и выключает автоматический

О выключатель 27.

Таким образом, происходит отключение неисправного ТП и предотвращение «кратной неисправности в устройстве, т.е. такой неисправности, когда одиночна  неисправность (в данном случае тиристора I) вызывает по вление других неисправностей в схеме силового блока ТП.

При по влении сигнала логической «1 на выходе селектора 59 длительности обеспечиваетс  нулевой уровень напр жени  на

0 седьмом входе элемента И-НЕ 56, который переходит в единичное состо ние. Сигнал (t) логической «1 вызывает на выходе элемента 58 сигнал логического «О, который «дублирует сигнал логического «О с выхода элемента 50.

Таким образом, при одиночной неисправности в схеме моста ТП минимум на два входа элементов 55 и 56 подаетс  сигнал логического «О, что, во-первых, фиксирует их в состо нии логической «I до того времени , пока в ТП не будет устранена неисправность , а, во-вторых, обеспечивает высокую надежность блока 34 диагностики (фиг. 1 и 2) за счет взаи.много дублировани  элементов 55 и 56. Если в процессе работы один из них оказываетс  неисправным, то

5 блок 34 все равно будет работосопособным, т.е. сохранит свои свойства контролировать работу силовых тиристоров путе.м сравнени  их состо ний с состо ни ми тиристоров вспомогательного моста.

Предположим, что один из элементов 49-54 (фиг. 2) оказалс  неисправным и прин л неуправл емое нулевое состо ние. Дл  схемы диагностировани  эта ситуаци  эквивалента неработоспособности одного из тиристоров основного или вспо.могательного мостов, что влечет за собой отключение ТП от напр жени  сети. Тем самым соблюдаетс  один из основных принципов самодиагностировани  вентильного преобразовател  - неработоспособность любого элемента схемы должна вести к отключению всей структуры.

Предположим, что один из элементов 49-54 (например 50) оказалс  неработоспособным и находитс  в неуправл емом единичном состо нии. Така  ситуаци  эквивалентна работоспособности вентилей 1 и 13 (фиг. I), а точнее - отсутствию контрол  за их состо нием.

Тогда в случае к.з. в цепи одного из этих вентилей в соответствующем мосте по витс  «кратна  неисправность, в результате которой на выходе одного из элементов 49 или 51-54 по витс  сигнал логического «О. В результате произойдет срабатывание выключател  27.

Если неработоспособным окажетс  один из датчиков проводимости тиристоров (неуправл емое состо ние «О или «1), то защита преобразовател  также сработает максимум за врем , которое ограничено точками 1-3-5-1 (фиг. 4 б-р).

Защита ТП реагирует также и на неработоспособность любого из вентилей или датчиков проводимости вспомогательного мостаДл  перевода схемы блока 34 (фиг. 1 и 2) в исходное состо ние необходимо ключ 61 перевести в положение, при котором его замыкающий контакт замыкаетс .

В этом случае на выходе блока 34 формируетс  сигнал логического «О (на его входах сигналы логической «1, так как после ремонта все элементы схемы исправны), который приводит к по влению сигнала логической «1 на выходе элемента 58 и переключению элемента 55 в нулевое состо ние, а элемента 57 - в единичное. При возврате ключа 61 в исходное состо ние схема готова к контролю состо ний элементов силового моста ТП.

Учитыва , что узел защиты (диагностировани ) состо ний вентилей ТП функционирует на базе логической обработки информации , он обладает высоким быстродействием , ограничивающимс  на практике динамическими параметрами датчиков проводимости .

Следует отметить также повыщенную помехоустойчивость блока 34, так как при обработке первичной информации с датчиков проводимости тиристоров используетс  алгоритм типа РАВНОЗНАЧНОСТЬ, исключающий необходимость в использовании элементов пам ти (триггеров), обладающих низкой помехоустойчивостью, в частности к сигналам импульсных помех со стороны питающего напр жени .

Селекторы 59 и 60 длительности импульсов (фиг. 2) введены в схему ТП дл  исключени  ложных срабатываний блока 34. Последнее  вл етс  результатом неидентичности параметров датчиков проводимости и самих тиристоров основного и вспомогательных мостов.

Предположим, что сигналы yr(t) (фиг. 5а) nyi9(i) (фиг. 56) на выходе дат чиков 7 и 19 (фиг. 1) достигают минимального уровн  (мин «1) логической «1 в раз0 ное врем  из-за неидентичности своих характеристик .

Тогда на выходе блока 50 (фиг. 2) будут наблюдатьс  «провалы напр жени  У (t) (фиг. 5в) длительностью Д1 , а на

5 выходе элемента 55 - импульсы логической «1 (фиг. 5г), которые привод т к ложному отключению схему ТП.

При по влении сигнала y.5J(t) селектор 59 (фиг. 2) переходит в единичное состо ние только в том случае, если длительность

0 импульса У55 (t) не менее чем 1(фиг. 5г, д), т.е. только тогда, когда сигнал if(i)  вл етс  с достаточной степенью достоверности не следствием разброса параметров элементов схемы, а результатом ее неработоспособности .

3fl

V cucpf/ 23

3

12 I-fi

вымЗ

±«

V///////////////////////////M:

.I

а

Фиг. 5

Claims (1)

1. ТИРИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ЗАЩИТОЙ, содержащий блок силовых тиристоров, выполненный по трехфазной моСтовой схеме, датчики проводимости силовых тиристоров, систему импульсно-фазового управления и блок отключения преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности тиристорного преобразователя, в него введены блок вспомогательных тиристоров, выполненный по трехфазной мостовой схеме, с собственным блоком нагрузки и с датчиками проводимости тиристоров, шесть элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ, два семивходовых элементаИ—НЕ, два селектора длительности импульсов, два элемента НЕ, ключевой элемент с размыкающим и замыкающим контактами И источник сигнала логической «1», а блок отключения преобразователя содержит автоматический выключатель на первичной стороне блока силовых тиристоров и блок управления его отключением, причем блок вспомогательных тиристоров подключен первичной стороной к тем же фазам напряжения питания, что и блок силовых тиристоров, а управляющие электроды вспомогательных тиристоров — к тем же выходам системы импульсно-фазового управления, что и управляющие электроды силовых тиристоров, при этом выходы датчиков проводимости первых, вторых и третьих тиристоров катодной группы блоков силовых и вспомогательных тиристоров подключены к соответствующим входам первого, второго и третьего элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ соответственно, а выходы датчиков проводимости первых, вторых и третьих тиристоров анодной группы блоков силовых и вспомогательных ти ристоров подключены к соответствующим входам четвертого, пятого и шестого элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ, выходы каждого элемента РАВНОЗНАЧНОСТЬ соединены с соответствующими входами первого и второго семив.ходовых элементов И НЕ. выходы которых соответственно через первый и второй селекторы длительности импульсов подключены к первому и второму входам блока управления отключением автоматического выключателя и соединены с соответствующими входами «Запрет» системы импульснофазового управления, выход первого селектора длительности соединен с седьмым входом второго сем и входового элемента И -НЕ через последовательно включенные первый элемент НЕ и размыкающий контакт ключевого элемента, замыкающий контакт которого соединен с источником сигнала логичё-* ской «1», а выход второго селектора длительности подключен к седьмому входу первого семивходового элемента И — НЕ через второй элемент НЕ.