SU1697179A2 - Устройство дл защиты от перенапр жений @ -фазного инвертора - Google Patents

Abstract

Изобретение к. облаем злек- троте л икм. Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей инвертора. Дл  этого в устройство дл  защиты от перенапр жений m-фазного инвертора дополнительно введены тиристоры 73 и 74, конденсатор 75, трансформатор 76 и выпр митель 77, выходы 91, 92 посто нного напр жени  которого подключены к второму накопительному конденсатору 30. Кроме того, в устройство введены датчик 78 состо ни  управл емого ключа 23, датчик 79 напр жени  входного напр жени  инвертора и блок 81 регулировани , выходами 82. 83 подключенный к упоаел ющим электродам тиоистеров 73, 74. Это позвол ет в пусковых режимах держать в закоыгом состо нии тиристор 23, сохран   коммутирующую способность инвертора в зоне малых напо жений на входе инвертора. 5 ил. Ј

Description

Изобретение относитс  к электротехнике , может бы in использовано на электроподвижных составах, использующих бесколпекгорный электропривод переменного тока, и  вл етс  усовершенствованием известного устройства, описанного в авт.ев, ,№ 1488915

х Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей устройства .

На фиг.1 приведена принципиальна  схема предлагаемого устройства дл  защиты; на фиг 2 - принципиальна  схема системы управтени управл емым ключом; на фиг.З - принципиальна  схема бпока регулировани  на фиг 4 -диаграмма состо ний дополнительных тиристоров и качественного состо ни  дополнительного конденсатора и STOOOIO накопительного конденсатора,

где Vdnop пороговое значение входного напр жени  инвертора в пусковых режимах электропривода UTS - напр жение на конденсаторе 75 в процессе открыти  резисторов 73 и 74, Д Узо - напр жение дозар да конденсатора 30, те Л Vao Vao - Vdnyc. f - частота переключени  тиристоров 73 и 74; на фиг.5 - принципиальна  схема датчика состо ни  управл емого ключа.

Устройство дл  защиты от перенапр жений m-фазного, например, трехфазного, инвертора (фигИ) включает главные 1 - 6 и коммутирующие 7-12 тиристоры и коммутирующие LC-цепи (конденсаторы 13 - 15 и дроссели 16 - 18) по числу трех фаз. выпр митель 19, выходом (выводы 20 и 21) подключенный к накопительному конденсатору 22, управл емый ключ 23, снабженный системой 24 управлени  и подключенный одOs Ю

VJ Ю

N3

ним выводом 25 к одному выводу 20 накопительного конденсатора 22, а другим выводом 26 .через первый дроссель 27 предназначен дл  подключени  к- положительной шине 28 инвертора. Кроме того, оно снабжено диодом 29, дополнительным конденсатором 30 и дросселем 31. Выпр митель 19 выполнен в виде диодных мостов 32 - 34 по числу трех фаз инвертора, Выводы 35 - 40 посто нного напр жени  диодных мостов 32 - 34 выпр мител  19 объединены в две группы 35, 37, 39 и 36, 38, 40) и служат выходными выводами 20 и 21 выпр мител  19. При этом входы 41 - 46 диодных мостов 32 -34 подключены к конденсаторам 13-15 соответствующих коммутирующих LC-цепо- чек, имеющих зажимы 41 -49, Другой вывод 21 накопительного конденсатора 22 предназначен дл  подключени  к отрицательному входному выводу 50 инвертора. Один вывод дополнительного конденсатора 30- подключен «другому выводу 26управл емо- го ключа 23, а другой его вывод 51 через дополнительный дроссель 31 подключен к другому выводу 21 накопительного конденсатора 22 и одному входу 52 системы 24 управлени . Другой вход 53 системы 24 подключен к одному выводу 20 накопительного конденсатора 22. К одному-25 и другому 26 выводам управл емого ключа 23 подключены катод и анод диода 29. В качестве управл емого ключа 23 применен тиристор.

Система 24 управлени  (фиг2)тиристор- ным ключом 23 содержит первый резистор 54, одним выводом 55 подключенный к одному выводу 56 переменного резистора 57, катоду первого стабилитрона 58 и одному выводу первого конденсатора 59 (через шину 20 выпр мител  19). Другой вывод 60 конденсатора 59 подключен-к аноду свето- диода 61 оптрона 62 и одному выводу второго конденсатора 63. Другой вывод 64 последнего подключен к аноду второго стабилитрона 65, катод которого (зажим 66) подключен к катоду светодиода 61 оптрона 62. Второй резистор 67, одним выводом подключенный к аноду второго стабилмтро- на 65, и третий резистор 68, одним выводом 69 подключенный к обг единенным в общую точку аноду первого стабилитрона 58 и другому выводу переменного резистора 57. Другим выводом 70 третий резистор 68 подключен к управл ющему электроду тири- сторного ключа 23 и катоду фототиристора 71 оптрона 62. Анод 72 последнего подключен к другому выводу первого резистора 54. Другой вывод второго резистора 67 и один вывод первого конденсатора 59 служат одним и другим входами 52, 53 системы 24 управлени  тиристорным ключом 23.

Дополнительно в устройство дл  защиты (фиг.1) введены два тиристора 73 и 74, вспомогательный конденсатор 75, однофазный трансформатор 76, однофазный диодный выпр митель 77, датчик 78 состо ни  управл емого ключа 23, датчик 79 напр жени , подключенный к входным выводам 80, 50 инвертора, и блок 81 регулировани , каждый выход 82 и 83 которого подключен к

0 управл ющему электроду одного из указанных дополнительных тиристоров (соответственно 73 и 74).. которые соединены между собой последовательно. Анодом одного из них (73) они подключены к положительной

5 шине 28, а катодом другого (74) - к отрицательной шине 50 инвертора. Общей точкой 84 они подключены к одной обкладке ук-а- занного конденсатора 75, друга  обкладка которого подключена к одному выводу 85

0 первичной обмотки 86 трансформатора 76. Свободный вывод 87 первичной обмотки 86 указанного трансформатора 76 подключен к отрицательной шине 50 инвертора, а к вторичной обмотке 88 трансформатора 76 под5 ключены выводы 89, 90 переменного напр жени  диодного выпр мител  77. Отрицательный выходной вывод 91 последнего подключен к отрицательной шине 50 инвертора, а положительный выходной вы0 вод 92 подключен к катоду 26 управл емого ключа 23. Силовые выводы 25, 26 последнего  вл ютс  одноименными входами датчика 78 состо ни  управл емого ключа 23. Выход 93 датчика 78  вл етс  одним (одно5 именным) входом блока 81 регулировани , другим входом 94 которого  вл етс  одноименный выход датчика напр жени  79.

Измеритель-преобразователь 95 напр жени  (фиг.З), вход которого  вл етс  дру0 гим входом 94 блока 81 регулировани , а выход 96 измерител -преобразовател  95 подключен к первому одноименному входу компаратора 97, другой вход 98 которого подключен к источнику опорного напр же5 ни . Выход 99 компаратора 97 подключен к одному входу элемента И 100. Другой вход 93 последнего  вл етс  одним одноименным входом блока 81 регулировани . Третий вход 101 последнего  вл етс  одноимен0 ным выходом управл емого делител  I02 частоты, входом 103 соединенного с одноименным выходом аналого-цифрового преобразовател  104. Вход 105 последнего соединен с одноименным выходом анало5 гового сумматора 10G, один вход 107 кото- рого подключен к выходу 96 измерител -преобразовател  95 напр жени , а другой вход 108 подключен к источнику опорного напр жени . Выход 109 . элемента И 100 ПОДХПЮЧРН к одноименному входу распределител -формировател  110 импульсов, выход 11 1 которого подключен к одноименному входу усилител -формировател  112 импульсов, выходы которого  вл ютс  выходами 82, 83 блока 81 регулировани .

На входе инвертора (фиг.1) включен дроссель 113 фильтра, между шинами 28 и 50 - конденсатор 114 фильтра, а к силовым зажимам каждого главного тиристора (I - 6) подключен встречно-параллельно свой диод 115-120,

Датчик 78 состо ни  тиристора 23 (фиг.5) включает делитель напр жени , выполненный на резисторах 121 и 122, подключенный к силовым зажимам 25, 26 тиристора 23, стабилизатор напр жени  на стабилитроне 123 и резисторах 124 и 125, обеспечивающих оптимальный рабочий режим светодиода в оптоэлектронном переключателе-инверторе 126.

Рассмотрим работу предлагаемого устройства .

Как и в основном устройстве, подготовка к работе всех элементов предлагаемого устройства дл  защиты происходит при подаче питающего напр жени  н.а вход инвертора , т,е. еще до подачи управл ющих сигналов на тиристоры инвертора. При этом конденсатор 114 фильтра, накопительный конденсатор 22 и дополнительный конденсатор 30 оказываютс  зар женными практически до одного напр жени , равного выпр мительному напр жению на входе инвертора Ud, т.е. Ui и U 22 Uso- Ud.

Как и в основном устройстве, изобретение не исключает использовани  в приводе источников подзар да коммутирующих конденсаторов с учетом увеличени  энергии подзар да в зависимости от увеличени  тока нагрузки.

Допустим, что в пусковом режиме, когда входное напр жение составл ет Ud (0,05 0,1)UdHOM, а пусковые токи весьма велики т.е. нагр.пуск.(2,5 - 3)нагр.ном., создались услови , при которых одна из уставок срабатывани  устройства защиты, например разность между напр жением на коммутирующем конденсаторе 13 (например, фазы А инвертора) и напр жением на конденсаторе 114 фильтра будет превышена (фиг.1). 8 результате создаютс  услови  дл  открыти  тирисдора 23 и сброса энергии из конденсатора 13 в накопительный конденсатор 22, потом через открывшийс  тиристор 23 - в дополнительный конденсатор 30, а затем - в питающую сеть. Однако этот процесс при столь малых величинах входного напр жени  Ud может подвести к снижению запаса энеогии в коммутирующем контуре, А так как пусковые токи велики, го остап-- шейс  энергии в контуое коммутации может оказатьс  недостаточно дл  нормальной 5 коммутации пусковых токов, и тиристоры окажутс  в аварийной ситуации Поэтому необходимо дл  ликвидации зтих аварийных режимов либо искусственно закрыть тиристор 23 (если он уже открылс ), либо

10 создать услови  дн  сохранени  его закрытого состо ни  (если открыти  не произош- ло}до того момента, пока величина входного напр жени  не подниметс , а величина пусковых токов не снизитс  до значении, при

15 которых отбор энергии коммутирующего контура с последующим ее возвратом в питающую сеть будет целесообразно.

Дл  этого в схеме устройства предусмотрены тиристоры 73 и 74, которые управ0 л ютсч блоком 81 регулировани . Блок 81 получает информацию, с одной стороны, от датчика 78 состо ни  тиристора 23, а с другой стороны - от датчика 79 напр жени  о величине входного напр жени  Ud инвеото5 ра.

Информаци  о величине напр жени  Ud попадает в блок 8 i регулировани , а именно в измеритель-преобразователь 95 напр жени  (фиг.З). который гальванически разв зы0 зает оысоковольти ю схемы от низковольтной, и согласуетс  по уровню своего еыхо,гжого напр жени  с низковольтной частью схемы Дапее сип-лл Uge с выхода измегмлег.  95 пс.падает, во-первых, в

5 аналоговый компаратор 97, с где сравниваетс  с опорной, наперед заданной величиной сигала U98 Uoni. И если Use Ugs, то на выходе 99 компаратора 97 по вл етс  сигнал логической , во-вторых, сиг0 нал Ugs с выхода измерител -преобразовател  95. напр жени  попадает на вход 107 аналогового сумматора 06 в котором сравниваетс , с другим наперед заданным значением опорного напр жени  Uius Uon2. И

5 если Uio Uюз, то нз входе 105 сумматора 106 по вл етс  CHI нал, соответствующий текущему значению входного напр жени  инвертера Ud. В аналого-цифровом преобразователе 104 этот сигнал преобразуетс  в 0 цифровой код и с выхода 103 попадает в управл емый делитель 102 частоты, на выходе 101 которого по вл ютс  сигналы Uioi. частота которых соответствует текущему значению нат жени  на выходе инвер5 тора Кроме того, этот сигнал Uioi одновременно с сигналом Uso поступает на один вход элемента И 100. Кроме того, на другой вход элемента И 100, который  вл етс  другим входом блока 31 регулировани , поступает сигнал об открытом или закрытом

состо нии тиристора 23 (фиг.1). Если тиристор 23 еще закрыт, то к входам датчика 78 прикладываетс  напр жение, равное разности 1)22-30 U22 - U30, т.е. разности напр жений на накопительном конденсаторе 22 и накопительном конденсаторе 30. Это напр жение U22-30 преобразуетс  на выходе 93 датчика 78 в сигнал логического нул . Таким образом, на входы элемента И 100 поступают сигналы О, 1, 1, в результате чего на выходе 109 элемента И 100 формируетс  сигнал логического нул . А значит с выходов 82, 83 усилител -формировател  112 блока 81 регулировани  (фиг,3) управл ющие сигнз ы на тиристоры 73 и 74 не поступают , и последние остаютс  закрытыми. Если же к рассматриваемому мо иенту управл емый ключ 23 оказалс  открытым, то величина напр жени  на его силовых входах 25, 26 определ етс  падением напр жени  на нем от протекани  пр мого тока,,

причем U25-26 « U22-3Q. Этот сигнал U25-26,

поступа  в датчик 78, формирует на его выходе сигнал логической единицы. В результате , на выходе 109 (фиг.З) элемента И 100 формируетс  сигнал, частота которого опре дел етс  частотой выходного сигнала Uioi управл емого делител  102 частоты. В элементах схемы 110 и 112 этот сигнал Уюэ усиливаетс  и распредел етс  по выходам 82 и 83.

При подаче управл ющего импульса Us2 на тиристор 73 последний открываетс  и создаетс  цепь зар да конденсатора 75, до напр жени  Ud с пол рностью ((-,-) указанной на фиг.1 без скобок, а именно: (+)-а  ши«а 28 инвертора - тиристор 73 - конденсатор 75 - первична  обмотка 86 трансформатора 76 - (-)-а  шина 50 инвертора. Трансформатор 76 имеет коэффициент трансформации . который зависит от выбора всех параметров схемы. В процессе зар да конденсатора 75 практически одновременно происходит подзар д конденсатора 30 по цепи: вторична  обмотка 88 трансформатора - выпр митель 77 - конденсатор 30-дроссель 31 - выпр митель 77

- вторична  обмотка 88 трансформатора 76, По окончании зар ди конденсатора 75 тиристор 73 закрываетс , При поступлении управл ющего сигнала Увз на управл ющий вход тиристора 74 происходит перезар д конденсатора 75 по цепи: конденсатор 75 - тиристор 74, первична  обмотка 86 трансформатора 76 - конденсатор 75,-в результате чего пол рность напр жени  мен етс  на противоположную (-,+, как указано на фиг.1 в скобках). В процессе перезар да конденсатора 75 происходит, дальнейший.поднар д конденсатора 30 по

цепи: вторична  обмотка 88 трансформатора 76 - выпр митель 77 - конденсатор 33 - дроссель 31 - выпр митель 77 - первична  обмотка 88 трансформатора 76. Этот процесс подзар да конденсатора 30 будет продолжатьс  до тех пор, пока напр жение Ud , нз входе инвертора не достигнет определенного , наперед заданного значени . Величина напр жени  дозар да конденсатора

0 30 определ етс  величиной коэффициента трансформации и частотой переключени  тиристоров 73 и 74, котора  определ етс  величиной входного напр жени  Ud инвертора .

5 Таким образом, величина напр жени  Узо на конденсаторе 30 оказываетс  больше , чем напр жение U22H8 накопительном конденсаторе 22. В результате к тиристору 23 прикладываетс  напр жение L) (Ь 22

0 - Uso) - AU22-30. которое создает услови  дл  закрыти  тиристора 23. С ростом величины входного напр жени  Ud в пусковом режиме и при приближении этой величины к некоторому наперед заданному порогово5 му значению Udnop. частота переключени  тиристоров 73 и 74 уменьшаетс , в результате чего среднее значение напр жени  на конденсаторе 75 уменьшаетс  (фиг.4), Таким образом, энерги  подзар да конденса0 тора 30 зависит от величины входного напр жени  Ud инвертора в период пуска, т.е. величина энергии подзар да его определ етс  только текущей потребностью привода. В результате процесс подзэр да

5  вл етс  экономичным и строго дозированным . При достижении величиной входного напр жени  Ud инвертора порогового значени , выше которого целесообразен частичный отбор энергии из коммутирующего

0 контура в питающую сеть, на выходе 99 аналогового компаратора 97 (фиг.З) формируетс  сигнал логического нул , в результате чего на выходе 109 элемента И 100 также формируетс  логический нуль, независимо

5 от наличи  сигналов на входах 93 и 101 элемента И 100. Таким образом снимаютс  сигналы управлени  Us и Увз с тиристоров 73 и 74 и рассмотренное устройство нефункци1 онирует до следующего аналогичного сежи0 маэлектропривода.

Фор мула изобретени  Устройство дл  защиты от перенапр жений m-фэзного инвертора по авт.св. Мг 1488915, отличающеес  тем, что, с

5 целью расширени  функциональных воз-. можностей. в-него введены два тиристора/ вспомогательный конденсатор, однофазный трансформатор, однофазный диодный выпр митель, датчик состо ни  управл емою ключа, датчик напр жени  и блок, рагулировани , причем датчик напр жени  входом предназначен дл  подключени  к входным выводам инвертора, один и другой выходы блока регулировани  подключены соответственно к управл ющим электродам одного и другого тиристоров, которые соединены между собой последовательно и предназначены дл  подключени  анодом одного из них к положительной шине инвертора , катодом другого - к отрицательной шине инвертора, а общей точкой они подключены к одной обкладке вспомогательного конденсатора, друга  обкладка которого подключена к одному выводу первичной обмотки однофазного трансформатора, дру- гой вывод которой предназначен дл  подключени  к отрицательной шине инвертора , к вторичной обмотке однофазного трансформатора подключены выводы переменного напр жени  однофазного диодно- го выпр мител , отрицательный выходной вывод которого предназначен дл  подключени  к отрицательной шине инвертора, а положительный выходной вывод подключен к катоду управл емого ключа, силовые выво- „ды которого использованы в качестве входов датчика состо ни  управл емого ключа,

выход которого подключен к одному входу блока регулировани , другой вход которого подключен к выходу датчика напр жени , при этом блок регулировани  включает измеритель-преобразователь капр жени , вход которого использован в качестве другого входа блока регулировани , а выход подключен к первому входу компаратора, другой вход которого подключен к источнику опорного напр жени , выход компаратора подключен к первому входу элемента И, второй вход которого использован в качестве одного входа блока регулировани , а третий вход подключен к выходу управл емого делител  частоты, входом соединенного с выходом аналого-цифрового преобразовател , вход которого соединен с выходом аналогового сумматора, один вход которого подключен к выходу измерител -преобразовател  напр жени , а другой вход подключен к источнику опорного напр жени , причем выход элемента И подключен к входу распределител -формировател  импульсов , выход которого подключен к входу усилител -формировател , выходы которого использованы в качестве выходов блока регулировани .

115 23

т n%48

/1 .116 1 115JL -lvj 73

VW A. V H

4S JjnW& &6 SQ.

1 5 i $ j }± fow&№

Ј J ±jjy:b r 77

Ц

-ti. ;

SI 51 /Xr 23 51

Г-43-

Jw3#

wPvtt

-i.

5511

- r i

52

Фиг. 2

Фиг.З

un

пор

U,

О

I

4- I

V- JL -Ж±.

ЖГ

.

Ж

фиг.5

Claims (1)

1. Фор му л а изобретения

   Устройство для защиты ст перенапряжений гп-фазного инвертора по авт.св. № 1488915, о т л и ч а ю щее с я тем. что, с целью расширения функциональных воз·, можностей. в· него введены два тиристора,' вспомогател ь н ы й конденсатор, однофазный трансформатор, однофазный диодный выпрямитель, датчик состояния управляемого ключа, датчик нягппжеяия и блок, perv9 пирования, причем датчик напряжения входом предназначен для подключения к входным выводам инвертора, один и другой выходы блока регулирования подключены соответственно к управляющим электродам одного и другого тиристоров, которые соединены между собой последовательно и предназначены для подключения анодом одного из них к положительной шине инвертора, катодом другого - к отрицательной шине инвертора, а общей точкой они подключены к одной обкладке вспомогательного конденсатора, другая обкладка которого подключена к одному выводу первичной обмотки однофазного трансформатора, дру- 15 гой вывод которой предназначен для подключения к отрицательной шине инвертора, к вторичной обмотке однофазного трансформатора подключены выводы переменного напряжения однофазного диодного выпрямителя, отрицательный выходной вывод которого предназначен для подключения к отрицательной шине инвертора, а положительный выходной вывод подключен к катоду управляемого ключа, силовые выво- 25 ды которого использованы в качестве входов датчика состояния управляемого ключа, выход которого подключен к одному входу блока регулирования, другой вход которого подключен к выходу датчика напряжения, при этом блок регулирования включает из5 меритель-преобразователь напряжения, вход которого использован в качестве другого входа блока регулирования, а выход подключен к первому входу компаратора, другой вход которого подключен к источни10 ку опорного напряжения, выход компаратора подключен к первому входу элемента И, второй вход которого использован в качестве одного входа блока регулирования, а третий вход подключен к выходу управляемого делителя частоты, входом соединенного с выходом аналого-цифрового преобразователя, вход которого соединен с выходом аналогового сумматора, один вход которого подключен к выходу измерителя-преобразо20 вателя напряжения, а другой вход подключен к источнику опорного напряжения, причем выход элемента И подключен к входу распределителя-формирователя импульсов, выход которого подключен к входу усилителя-формирователя, выходы которого использованы в качестве выходов блока регулирования.

   Фиг.З