SU1314414A1 - Устройство дл защиты преобразовател - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электрс технике, а именно к устройствам дл  защиты полупроводниковых преобразователей . Целью изобретени   вл етс  повышение надежности. При наличии короткого замыкани  на выходе первого датчика напр жени  18 имеетс  сигнал, поступающий на вход компаратора 20, При этом сигнал на его выходе отсутствует. Отсутствует сигнал на втором входе, а следовательно, и выходе элемента И 22, поэтому отсутствует сигнал на входе блока 26 управлени  включением тиристорного ключа 5, что означает запрет на включение последнего. Также не происходит включени  тиристорного ключа 5,если напр жение на коммутирующем конденсаторе последнего не достигнет заданной величины, необходимой дл  надежной коммутации главного тиристора тиристорного ключа 5, Контроль за напр жением на коммутирующем конденсаторе осуществл ет второй датчик напр жени  19, 5 з.п, ф-лы, 4 ил. i (Л : ndl J i{ Риг.1

Description

Изобретение стнсситс  к преобразовательной технике, а именно к устройствам зашить) полупроводниковых преобразователей.

Цель изобретени  - повышение надежности путем диагностировани  наличи  аварийного режима и состо ни  тиристорного) ключа с принудительной коммутацией и обеспечени  автомати-- ческого повторного включени .

На фиг. 1 представлено устройство дп  защиты преобразовател ;на (J

схема датчика напр жени |

фи г. 3

схема блока контрол  и сигнализации; на фиг. 4 - схема блока автоматического noBTOpHOi O включени , .

Между преобразователем 1 и нагрузкой 2 х одсоединен обратно включенньм

диод 3 по отношению к току ка выходе преобразовател ; Параллельно диоду 3 подключена цепь из последовательно соединенных источзжка 4 опорного тока , тиристорного ключа с принудительной коммута.цией 5 и дроссел  6. причем элементы 3 и 4 включены согласно . Датчик 7 скорости изменени  и датчик 8 тока установлень; на вько- де преобразовател  1 с. Выход датчи1са 7 cKOpocT -s изменени  тока подкл очек к входу компаратора 9, а выход датчика 8 тока подключен к блоку 10 контрол  тока преобразовател ,, к блоку 11 регулируемой задержки и к блоку 12 задани  уставкиj выход которого подключен к входу блока 13 управлени  источника 4 опорного тока . Входы блока 14 контрол  и сиг- нализаьщи срабатывани  устройства защиты подключены соответственно: первый - к выходу компаратора 9 и к первому входу элемента ИЛИ i5,второй - к выходу блока 11 регулируемой задержки и к второму входу элемента ШШ 15. К третьему входу элемента ИЛИ 15 подключен вькод блока 16 руч- ного отключени  Вьжод элекента ШШ 15 подключен к входу блока 17 управлени  отключением, тиристорным ключo с принудительной коммутацией 5, выход блока 17 управлени  подключен к первому управл ющему входу тиристорного ключа с принудительной коммутацией 5. Вход первого датчика 18 lia- пр лсени  подключен к диоду 3, а вход второго датчика 19 напр жени  подключен к узлу принудительной тации тиристорного ключа 5. Выход первого датчика напр жени  18 ггод- ключен к входу второго компаратора

0

20; а выход второго датчика па- пр жени  подключен к входу третьего компаратора 21, Выходы компараторов 20 и 21 подключены соответственно к первому и второму входам первого элемента И 22, вь1ход которого под:;л1очен к пepвo гs входу второго элемента И 23 и к входу блока 24 автоматического повторного включени  5 выход которого подключен к выходу блока 25 ручного включени  тиристорного ключа 5 с принудительной коммутацией и к второму входу второго элемента И 23s выход которого подключен к входу блока 26 управлени  включением ти рнсторного ключа. 5 с принудительной коммутацией, выход блока 26 подключен к второму управл ющему вхо/гу тпристорного ключа 5 с принудительной коммутацией,, Входь блоков контрол  27 п сигнализапци -28 лодк.пюче- ны соответственно к выхода:.: второго

20 и трс

г о 21 компараторов,

0

На фиг. 2 представлена схема датчиков 18 и 19 напр жени  на диоде 3 к на коммутирующем конденсаторе тиристорного к.люча 5 с искусственной ,ком:чутацией,- Вп полнен ;ь Й на мэ.гнито- диоде 29J помещенном в катушку индуктивности 30 с примене1 ие.м опера- п.ионного усилител  31 с Катушка через диод 32 Л регулкруеньй резистор 33 подклпочаетс  к контролируемой цепи (диоду 3 или коммутирующему конденсатору ) , Диод 32 исключает протекание тока по катушке и возможное ложное срабат1)Гвание при изменении пол рности KOHTpojiHpyeMOM депк „ Регулируемый резистор 33 позвол ет обеспечить настройку датчика напр жени  на заданный диапазон измерени  контро- jHipyeMoro напр.чжеки  S Резистор 34

ецкн ющей нейнвертирующий вход с об- ш,й;й ггсточника питани , а ре- зис 1 ср Зо включен Б цепь обратной св зи оператгл.снного усилител  3 i , На фиг, 3 представлена схема б.по- 77 и

вь полненные на светодиоде 37 При по вле1«ш входпог о }1анр лсепи  через светодиод протекает чина которого ограничиваетс  резистором 38J к сЕВтодиод 37 сигнализирует о наличии короткого замьканн  i-ijuj отсутствии заданного уровн  на31

пр жени  на коммутирующем конденсаторе .

На фиг, 4 представлена схема блока 24 автоматического повторного включени , выполненного на элe seнтe И 395 с использованием переключател  40j резистора 41 и блока 42 временной задержки.

Устройство работает следующим образом ,

При нормальной работе преобразовател  1 ток на его выходе 1 равен току нагрузки 21 и меньше тока срабатывани  защиты Ij, (1„ 1ц Ij.., Источник 4 опорного тока создает опорный ток Ig 5 протекающий по цепи: источник 4 опорного тока - ти- ристорный ключ 5 с искусственной ко; ;мутащ-1ей - дроссель 6 диод 3. Дл  протекани  опорного тока тирис- торный ключ 5 ,7,олжен быть включен Опорнрлй ток больше тока нагрузки на величину лТ 1 - 1„, ток через диод 3 равен разности опорного тока и тока преобразовател , т.е. 1л

-on п 1-оп - Т-и- Сигнал с выхода датчика 8 тока в блоке 12 задани  уставки суммируетс  с сигналом пропорциональным току ul, и поступает на вход блока 13 управлени  не- точника 4 опорного тока. Величина опорного тока Т пропорциональна суммарному сигналу управлени  на вход блока 13 и при изменении тока нагрузки от нул  до тока Т,- опор- ньм ток измен етс  от ul до (- , . В нормальном режиме работы преобразовател  скорость изменени  опорного тока Д1др (dt dlop)dt должна быть больше или равна максималь ной CKOpocT.fi изменени  тока нагрузки (dl|(dt ) дц(,, чтобы исключить ложное срабатывание защиты, С учетом этого услЬви  выбираетс  и величина приращени  тока ul,

При перегрузке тока на выходе преобразовател  1 становитс  больше опорного тока 1, сз Р зультате диод 3 запираетс  и ток че- рез него прерываетс . Ток преобразовател  начинает протекать по вспомогательной депи устройства защиты, котора  шунтирует диод 3, Скорость нарастани  тока перегрузки ограничи- ваетс  дросселем 6, Если перегрузка преобразовател  1 кратковременна и ее врем  не превышает врем  задержки t.jg на срабатывание защита tf,gp

14

,r,i определенное дл  данного

зОД

преобразовател  1, то защита не отключает нагрузку 2 от преобразовател  1, После исключени  кратковременной перегрузки; преобразователь 1 переходит Б нормальный . Врем  задержки определ етс  дл  каждого преобразовател  и устанавливаетс  блоком задержки 11 Причем врем  задержки может измен тьс  блоком 11 в зависимости от величины перегрузки. Сигнал с датчика тока 8 поступает также на вход блока 10 контрол  тока , где происходит контроль ампер- часов на выходе преобразовател  1.

Если длительность перегрузки превышает заданную t р i- ходе блока регулируемой задержки 11 по вл етс  сигнал, поступающий на второй вход элемента ИЛИ 15, на выходе которого также по вл етс  сигнал , поступаюцг й на вход блока 17 управлени  отключени  тиристорного ключа 5 с принудительной коммутацией . Выходной сигнал с блока 17 поступает на первый управл ющий вход тиристорного ключа 5, последний срабатывает , разрь вает вспомогательную цепь, шунтирующую диод 3 и ток в цепи преобразовател  1 и нагрузки 2 прекращаетс . Кроме того, сигнал с выхода блока 11 регулируемой задержки поступает так;ке на второй вход блока 14 контрол  и сигнализации аварийного режима; который сигнализирует об аварийном режиме и о том, что аварийным режимом  вл етс  перегрузка преобразовател  1,

При коротком замыкании в нагрузке -2,- на ее входе или между токопро- водами посто нного тока, соедин ющими устройство 2 дл  быстродействующей защиты преобразовател  1 и нагрузку 2,, скорость изменени  тока преобразовател  больше максимальной скорости изменени  тока нагрузки ( )j,aKc нормальном режиме работы преобразовател  dl /dt

(dl|.|/dt)a . Сигнал, пропорциональный скорости изменени  тока на выходе преобразовател  1, поступает с выхода датчика скорости изменени  тока 7 на вход компаратора 9. Компаратор 9 настроен так, что при скорости изменени  тока, соответствующей нормальному режим работы преобразовател  1 , на его выходе сигнал отсутствует. При коротком замыкании

5 13

скорость изменени  тока преобразовател  больше пороговог о значени ,равного максимальной скорости изменени  тока нагрузки (dlj,/dt)nop ( ),(.. В результате компара тор 9 срабатывает, сигнал с его выхода поступает на первьй вход элемента ИЛИ 15, который запускает блок 17 управлени  на отключение тока короткого замыкани  тиристорным ключом с принудительной коммутацией 5. Сигнал с выхода компаратора 9 поступает также на первый вход блока 14 контрол  и сигнализации аварийного режима, которьш сигнализирует, что произошло короткое замыкание, сработало устройство защиты.

В случае необходимости отключение нагрузки 2 от преобразовател  1 может производитьс  и в нормальном ре- жиме работы, с использованием ручного управлени . 11д  этой цели предусмотрен блок 16 ручного отключени , который может быть выполнен на основе кнопки с замыкающим контактом, к одной пластине которого подсоединена клемма источника питани . При нажатии на кнопку на выходе блока 16 по вл етс  сигнал, поступающий на третий вход элемента РОЖ 15„ В дальней- шем, как и в случае аварийного режима , срабатывает тиристорный ключ 5 с принудительной коммутацией и отключает нагрузку 2 от преобразовател .

Короткие замыкани  в нагрузке и между токопроводами, а также перегрузки могут быть проход 11,И1 1и и устойчивыми . Важной особенностью уст- ройства защиты  вл етс  то, что в случае наличи  короткого замыкани  .или перегрузки после срабатывани  устройства защиты его нельз  включать , -так как оно не сможет отклю- чить в этом случае аварийный ток. Это объ сн етс  высоким быстродействием устройства при отключении тока короткого замыкани  и перегрузки, которое приводит к тому, что врем  включени  тиристорного ключа 5 с принудительной коммутацией tp,,,, намного больше времени его отключени 

откл/ б ;л. 7 откл. ) И поэтому за врем  включени  тиристорпого ключа 5, при наличии непроход щего аварийного режима, произойдет его включение , затем отключение, а после этого вновь включение и ток короткого за146

DЫкaни  уже пе сможет быть отключен, так как к этому не готов узел принудительной коммутации. Следовательно, при устойчивом коротком заг-1ыкании, а также перегрузке устройство защиты не должно включатьс , так как это вызовет выход из стро  элементов устройства защиты и преобразовател . Кроме того, аналогичные последстви  будут иметь место в случае отсутстви  готовности узла принудительной коммутации тиристорного ключа 5.Его готовность вьфажаетс  в наличии необходимой величины и соответствующей пол рности напр жени  на коммутирующем конденсаторе. Если это требование не выполн етс , то коммутаци  тиристорого ютюча не возможна,.а следовательно, невозможно и отключение тока короткого замыкани  или перегрузки устройством защиты. При отключении аварийного режима происходит не только разр д кo мyтиpyющeгo конденсатора,, но и его перезар д с обратной пол рностью,

С целью исключени  возможности несрабатывани  защиты при включении устройства или при его повторном в}5лючении после отключени  аварийного режима, как при использовании ручного так и автоматического управлени , устройство снабжено двум  датчиками 18 и 19 напр жени . Первый . датчик напр жени  18 подключен к диоду 3 и контролирует на нем напр жение . В нормальном режиме работы преобразовател  по диоду 3 протекает ток в пр мом направлении и поэтому падение напр жени  на диоде 3 не превышает 1-2 В. При отключенной нагрузке напр жение; на диоде равно нулю. Если в нагрузке или между токопроводами короткое замыкание, то напр жение на диоде 3 равно напр жению на выходе преобразовател . Пoэтo ry по вегп-1чине напр жени  на диоде 3 можно судить о наличии или отсутствии короткого замыкани . При наличии короткого замыкани  на выходе первого датчика 18 напр жени  имеетс  сигнал поступающий на вход компаратора 20. При этом на его выходе сигнал отсутствует Из следовательно, отсутствуют сигналы на втором входе и выходе эле мента И 22, и также на первом входе и выходе элемента И 23, Поэтому отсутствует управл ющий сигнал на входе блока 26 управлени  включением

71

иристорного ключа 5, что означает апрет на включение последнего. Даее , если по в тс  сигналы на выхоах блока 24 автоматического повторного включени  или блока 25 ручного включени , тиристорный ключ 5 с исусственной коммутацией не включитс  з-за отсутстви  сигнала на первом входе элемента И 23.

Также не произойдет включени  тиристорного ключа 5 с искусственной коммутацией, если напр жение на комутирующем конденсаторе последнего не достигнет заданной величины, необходимой дл  надежной коммутации главного тиристора тиристорного ключа 5. Контроль за напр жением на коммутирующем конденсаторе осуществл ет второй датчик напр жени  19.

Если напр жение на конденсаторе меньше заданного, то на выходе компаратора 21 сигнал отсутствует, и, следовательно, отсутствуют входной и выходной сигналы элемента И 22 и отсутствуют сигналы на первом входе и выходе элемента И 23, что означает запрет включени  тиристорного ключа 5 с искусственной коммутацией. Как только напр жение на коммутирующем конденсаторе достигает заданного уровн  сигнал на выходе второго датчика 19 напр жени  оказываетс  достаточным дл  срабатывани  компаратора 21, на выходе последнего по вл етс  сигнал, поступающий на вход элемента И 22, что- означает разрешение на включение тиристорного ключа 5 .

Следовательно, только при отсутст ВИИ короткого замыкани  в нагрузке 2 или токопрОБодах дл  ее подключени  и при наличии напр жени  на коммутирующем конденсаторе тиристорного ключа 5 с искусственной коммутацией,, достаточного дл  надежной коммутации главного тиристора тиристорного ключа 5, возможно включение последнего как блоком 25 ручного включени ,так и блоком 24 автоматического повторного включени . Блоки 27 и 28 соответственно осуществл ют контроль и сигнализацию наличи  короткого замыкани  в нагрузке 2 и отсутствие заданной величины напр жени  на коммутирующем конденсаторе тиристорного кпюча 5 с искусственной коммутацией.

Если режим короткого замыкани  в нагрузке 2 или перегрузка проход 14 , 8

ща , то блок 24 автоматического повторного включени  -обеспечит автоматическое включение тиристорого ключа 5 с искусственной коммутацией при условии устранени  короткого замыкани  или перегрузки и при достижении напр жени  на коммутирующем конденсаторе заданной величины.

Датчики 18 и 19 напр жени  работают следующим образом. 1

При отсутствии измер емого напр жени  Ug или его малого значени , сопротивление магнитодиода 29 большое , входной ток операционного усилител  31 мал и напр жение Ugtiix на его выходе равно нулю. С увеличением контролируемого напр жени  U, увеличиваетс  ток протекающий по катушке 30 и магнитна  индукци  в катушке 30, сопротивление магнитодиода 29 уменьшаетс , входной ток усилител  31 увеличиваетс  и увеличиваетс  выходное напр жение Д тчик напр жени  обладает малыми габаритами , обладает положительными свойствами, присущими элементам микроэлектроники и обеспечивает разв зку силовых контролируемых цепей и

цепей управлени  устройства- защиты. Кроме магнитодиода может быть ис- пользова-н другой магнитоуправл емый полупроводниковый прибор, например, магниторезистор или магнитотранзис7°Р

Блок 24 автоматического повторного включени  работает следующим образом . Дл  включени  в работу блока

24 автоматического повторного включени  переключатель 40 переходит из положени  О, соответствующего запрету на функционирование режима автоматического повторного включени ,

в положение 1, разрешающего данный режим. На первый вход элемента И 39 поступает сигнал от источника U через переключатель 40 и резистор 41. При по влении сигнала U, поступающего на вход блока 42 временной задержки , через заданную вьщержку времени , определ емую блоком 42 в соответствии с требовани ми к режиму автоматического повторного включени ,

на выходе блока 42 по вл етс  сигнал. поступаюш 1й на второй вход элемента И 39. В результате по вл етс  сигнал бых выходе блока автоматического повторного включени .

91

Описанное устройство цд  защить преобразовател  повьшает надехаюсть путем диагностировани  наличи  короткого заг4ыкани  или перегрузки в нагрузке преобразовател  и состо ни  тиристориого ключа с принудительной коммутациейJ что иключает зозможкост включени  устройства в cJ yчa x5когда его срабатьюанр :е невозможно и5 следе вателыю исключает повреждение нре- образовател  от протекани  сверхтоков . Кроме ТОГО; устройство обеспечивает автоматическое повторное подключение нагрузки к преобразователю при проход щих перегрузках и коротки замыкани х в нагрузке и токопроводах дн  ее подключени . Использование магнитоуправл емых полупроводниковых приборов в датчике напр лсени  позвол ет обеспечить потенциальную раз- в зку системы управлени  устройством и силовых цепей, а также повысить безопасность обслулш}зани  устройства -ДЛЯ защиты. Использование элементов микроэлектроники обеспечивает малое потребление электроэнергии, миними- массогабаритных показателей устройства дл  защиты и получени  всех положительных свойств присуа гх элементам микроэлектроники,

Формула и 3 о б р е т -е н и  

Claims (6)

1, Устройство дл  защиты преобразовател , содерлсащее обратно включенный диод, подсоединенный анодом к одной из клемм дл  подключени  нагрз з- ки, втора  клемма дл  подключени  которой подсоединена с помощью общей шины к одной из выходных клемм преобразовател , втора  клемма которого через последовательно соединенные датчрж скорости изменени  тока и датчик тока подсоединена к катоду диода , цепь из последовательно соединенных источника опорного тока, тирис- торного ключа с принудительной коммутацией и дроссел , подключенную соответственно к катоду и аноду диода , датчика скорости изменени  тока через первый компаратор подк:110- чен к первому входу блока контрол  и сигнализации аварийного режима и к первому входу трех зходового элемента ИШ-i, выход датчика тока через по-- следовательно соединенные блок зада- уставки и блок управлени  источ- НИКОМ опорного тока по;цаночен к управл ющему входу источника onopi-oro

5 0 -5 О

5

0

10

Toica, выход датчика тока гтодкгг-- :б1. к входу блока контрол  тока (...) i; ерез блок регулируемой задерх-;ки под клгачен к i3Toj )OMy блока контрол  и сигнализации азарийно о уежика и к второму входу злеьгента ИЛИ а элемента ИЛИ через блок управлени  отклю чением тиристорного клГоча с принудительной коммутацией псдклю- т;ен к управл ющему входу тиристорного кнюча с при1 удительной коммутациег 5 второй управл юи Дй вход которого подключен к выходу блока управлени  вклю чением тиристор но г о ключа с принудительной коммутацией, блок ручного включени  тиристорного ключа с принудительной коммутацией, о т л и ч а :о щ е е с   тег-; что, с целью повьш ен;1  наделс ости путег--, диг гностировани  нали - и  г;Ш1Л нно;.-и режима и сос ; о 1; Я тиристорного ключа с принуди ; ельной коммутацршй и обеспечени  а:этоь;а пческого повтор - ного включени , в него введены два датчика напр л ени . второ; и третий компараторы,- ддза д ухзходовых элемента И и блок автоматического повторного вклю чени , причем вход пер- вого : -;апр жени  подключен к Л.иоду, а выход, - через второй компаратор подключен к riepвo гy входу первого элемента И; вход второго датчика - напр женрь  подк-пючен к узлу принудительной коммутащ-ш тиристорного ключа, а выход через третий компара-- тор подключен к второму входу перво го элемен ; а ;,;, вькод которого июд-- ключен к nepnoNfy входу второго элемента И и к входу блока авто атичес--- кого повторного включени , выход которого под,к-) почен к выходу блока ручного включени  тиристорного ключа с примудителыюй коммутацией и к ато- poiviy входу второго элемента И; в-ькод которого подключен к входу блока уп-- равлени  включением т иристорного ключа с принудительной коммутапией,

2 о Устройство по п. 1. о т л и - ч а ю щ е е С-   тем, что в него -цр.н блок ручного отключени  тиристор- ного ключа с принудительной коммутацией , выход которого под, к третьему входу элемента ИЛИ,

3. Устройство по пгт,1 -; 2, о т - л и ч а ю щ е е с   теМ; чт о в него введены два блока контрол  н сигнагнт- ;зации, входгз которых подключены соП 13

ответственно к выходам второго и третьего компараторов.

4. Устройство по пп.1-3, о т л и- чающеес  тем, что датчик напр жени  выполнен на магнитодиоде,, помещенном в faгнитнoм поле катушки индуктивности, подключенной через первьм резистор и диод к контролируемой цепи5 анод магнитодиода соединен с положительной клеммой дл  подключени  источника питани , а катод магнитодиода подключен через пер- вьш резистор к инвертирующему входу onepaipioHHoro усилител , который через второй резистор подключен к выходу операгщонного усилител , а неинвертирующий вход операционного усилител  подсоединен через третий резистор к общей Ш1не источника питани .

0

5

0

14 . J2

5.Устройство по пп.1-3, отличающеес  тем, что блок контрол  и сигнализации выполнен на све- тодиоде, анод которого подключен к выходу компаратора, а катод - через резистор подключен к общей шине источника питани 

6.Устройство по пп,1-3, о т л и- чающеес  тем, что блок автоматического повторного включени  выполнен на элементе И, первый вход которого через резистор и контакт универсального переключател  подключен к положительному выводу дл  подключени  источника питани , а второй вход через блок временной задержки подключен к входной клемме блока автоматического повторного включени , выходом которого  вл етс  выход элемента И

. 2

и

Составитель О.Мещер кова Редактор М.Товтин Техред А.КравчукКорректор Е. Рошко

™ -и ™««-- - -.,-«

Заказ 2216/53 Тираж 619Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий .113035, Москва. 1-35, Раушска  наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предпри тие, г.Ужгород, ул.Проектна ,4