Драйвер тиристора для высоковольтных преобразователей Российский патент 2018 года по МПК H02M1/92 

Данное изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для управления тиристорами, в том числе в высоковольтных преобразователях с последовательным соединением тиристоров.

Известен драйвер для управления тиристорами и тиристорными модулями [1], установка которого с целью уменьшения индуктивности проводов, связывающих драйвер с тиристором, предусмотрена вблизи от тиристора (в том числе на охладитель), а питание его осуществляется постоянным стабилизированным напряжением, получаемым от напряжения переменного тока частотой 40 кГц, трансформируемого через развязывающий трансформатор и затем выпрямленного. В драйвере предусмотрен контроль постоянного стабилизированного напряжения питания с помощью компаратора, а контрольный сигнал передается в систему управления через оптоизлучатель по оптоволоконному кабелю. Включение тока управления осуществляется световым сигналом, передаваемым из системы управления по оптоволоконному кабелю на оптоприемник драйвера. Частота и длительность световых сигналов задается системой управления.

В мощных высоковольтных преобразователях применяется последовательное соединение тиристоров (высоковольтные тиристорные вентили).

Для управления последовательно соединенными тиристорами в высоковольтных преобразователях требуется одновременное поступление импульсов с крутым фронтом нарастания тока управления не менее 10 А/мкс, а также высокая помехоустойчивость цепей управления. Также важным является вопрос защиты тиристоров вентиля от лавинообразного выхода их из строя при выходе из строя одного или нескольких из них.

Недостатком драйвера [1] является отсутствие контроля состояния исправности тиристора, контроля поступления импульса управления на драйвер, контроля прохождения импульса на выход драйвера, ограничение напряжения изоляции по цепи питания из-за размещения трансформатора питания на плате драйвера.

Предлагается драйвер тиристора для управления тиристором, соединенным последовательно с другими тиристорами в высоковольтных вентилях преобразователей, допускающий установку его вблизи последовательно соединенных тиристоров (в том числе на охладители с катодной стороны тиристоров), питание, которого осуществляется от трансформатора тока с высоковольтной изоляцией, содержащий источник питания, узел контроля стабилизированного напряжения питания, выходы которого соединен со светодиодным индикатором, оптоизлучатель, оптоприемник, усилитель, отличающийся тем, что дополнительно содержит узел термозащиты, узел контроля напряжения на тиристоре, узел контроля сигнала управления на тиристоре, узел задержки, узел логики, светодиодные индикаторы, причем: выход узла термозащиты соединен с входом узла логики, а вход - с термодатчиком, установленным на охладителе катодной стороны тиристора, выход узла контроля напряжения на тиристоре соединен с другим входом узла логики, а вход - с резистивным делителем напряжения тиристора, выход узла контроля сигнала управления на тиристоре соединен с третьим входом узла логики, а вход - с выходом усилителя, выход оптоприемника соединен с четвертым входом узла логики и с входом узла задержки, выход которого соединен с входом усилителя, выходы узла контроля стабилизированного напряжения соединены с пятым и шестым входами узла логики, выходы узла логики соединены с оптоизлучателем и светодиодными индикаторами.

Функциональная схема драйвера приведена на Фиг. 1.

Драйвер содержит в своем составе: источник питания 1; узел контроля питания 2; оптоизлучатель 3; узел логики 4; узел термозащиты 5; узел контроля напряжения на тиристоре 6; узел контроля сигнала управления на тиристоре 7; оптоприемник 8; узел задержки 9; усилитель 10.

Питание драйвера осуществляется от трансформатора тока, выполненного на ферритовом кольце, с намотанной на нем вторичной обмоткой. Ферритовое кольцо надето на изоляционную трубку и залито компаундом. Первичной обмоткой трансформатора тока является провод высокочастотной (50-килогерцовой) токовой петли, проходящий последовательно через трансформаторы тока остальных драйверов преобразователя.

Вторичная обмотка трансформатора тока Т подключена к источнику питания 1.

Источник питания 1 выполнен на основе диодного мостового выпрямителя и параллельного стабилизатора напряжения. На выходе источника питания предусмотрены конденсаторы для фильтрации стабилизированного напряжения.

Источник питания обеспечивает стабилизированными напряжениями питание усилителя 10 и остальных элементов драйвера.

Работа драйвера заключается в формировании импульса тока управления тиристора по входному оптосигналу, контроле напряжения на тиристоре, защите тиристора от перегрева.

При нормальной работе преобразователя на тиристоре присутствует обратное напряжение, а температура нагрева тиристора меньше допустимого значения. На выходах узла контроля напряжения на тиристоре 6, узла термозащиты 5 и узла контроля питания 2 присутствует уровень логической единицы.

При отсутствии импульса управления на выходе оптоприемника 8 и на выходе узла контроля сигнала управления на тиристоре 7 также присутствует уровень логической единицы.

Для открывания тиристора из системы управления преобразователя (СУ) по оптокабелю поступает оптический импульс заданной длительности на оптоприемник 8. На выходе оптоприемника 8 в течение длительности оптосигнала присутствует уровень логического нуля. Этот сигнал поступает на узел логики 4 и узел задержки 9. При нормальной работе в момент поступления оптического импульса с выхода узла логики 4 поступает сигнал на оптоизлучатель 3, который генерирует ответный оптический сигнал, передаваемый по оптокабелю в СУ.

Логический ноль с выхода оптоприемника 8 через узел задержки 9 (с временем задержки 5 мкс) поступает на усилитель 10, который формирует импульс тока управления тиристора V.

Во время импульса управления на выходе узла контроля сигнала управления на тиристоре 7 присутствует уровень логического нуля.

По окончании оптического импульса схема драйвера переходит в исходное состояние.

В случае отсутствия обратного напряжения на тиристоре (по причине пробоя тиристора или других неисправностей) на выходе узла контроля напряжения на тиристоре 6 появляется уровень логического нуля, который в узле логики 4 блокирует формирование сигнала на включение оптоизлучателя 3.

В этом случае при поступлении из СУ на драйвер очередного оптического импульса управления с платы драйвера в СУ не выдается ответный оптический сигнал. По истечении времени ожидания ответного оптического сигнала (2 мкс) СУ отключает оптические импульсы управления со всех тиристорных драйверов преобразователя до истечения времени задержки (5 мкс) узла задержки 9 и выдает сигнал на аварийное отключение силового питания преобразователя. Таким образом, обеспечивается защита преобразователя от работы при неисправном тиристоре, что исключает дальнейшее распространение аварии.

В случае нагрева тиристора выше допустимого значения на выходе узла термозащиты 5 появляется уровень логического нуля, который в узле логики 4 блокирует формирование сигнала на включение оптоизлучателя 3.

При этом срабатывание защиты и отключение преобразователя происходит аналогично выше описанному случаю при отсутствии обратного напряжения на тиристоре.

В случае отклонения напряжения питания драйвера больше допустимых значений на выходе узла контроля питания 2 появляется уровень логического нуля, который в узле логики 4 блокирует формирование сигнала на включение оптоизлучателя 3.

При этом срабатывание защиты происходит аналогично выше описанному случаю при отсутствии обратного напряжения на тиристоре.

Узел логики 4 обеспечивает контроль прохождения импульса управления на выход драйвера путем контроля совпадения сигналов на выходах оптоприемника 8 и узла контроля сигнала управления на тиристоре 7. При наличии оптического импульса управления на выходе оптоприемника 8 присутствует уровень логического нуля. При нормальной работе через 5 мкс после появления логического нуля на выходе оптоприемника 8 должен появиться уровень логического нуля на выходе узла контроля сигнала управления на тиристоре 7.

В случае отсутствия импульса тока управления на выходе усилителя 10 из-за его неисправности или пробоя тиристора V на выходе узла контроля сигнала управления на тиристоре 7 присутствует уровень логической единицы. Узел логики 4 по истечении времени задержки 100 мкс отключает оптоизлучатель 3. Ответный оптосигнал отключается. СУ отключает оптические импульсы управления со всех тиристорных драйверов преобразователя и выдает сигнал на аварийное отключение силового питания преобразователя.

На драйвере предусмотрена светодиодная сигнализация:

- о нормальном питании драйвера - индикатор ПИТАНИЕ;

- о наличии обратного напряжения на тиристоре - индикатор Uтир;

- о срабатывании защиты от перегрева тиристора - индикатор ПЕРЕГРЕВ.

Индикатор ПЕРЕГРЕВ включается RS-триггером в узле логики 4 при перегреве тиристора. Для сброса триггера в исходное состояние после срабатывания защиты необходимо отключить и включить питание драйвера. В момент после появления питания драйвера узел контроля питания 2 формирует импульс, устанавливающий RS-триггер в узле логики 4 в исходное состояние.

Таким образом, предлагаемый драйвер обеспечивает управление и защиту последовательно соединенных тиристоров в высоковольтных вентилях преобразователей от лавинообразного выхода их из строя при выходе из строя одного или нескольких из них путем контроля прохождения из СУ оптического сигнала управления на драйвер, контроля температуры нагрева тиристора, контроля наличия напряжения на тиристоре, выдачи подтверждающего оптического сигнала в СУ о рабочем состоянии драйвера и тиристора, фиксированной задержки подачи импульса управления на тиристор, контроля прохождения импульса на управляющие выводы тиристора.

Список литературы

1. Драйвер ДРТ11-5-6ФП1К-1 ДЖИЦ.687253.434.

Данное изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для управления тиристорами, в том числе в высоковольтных преобразователях с последовательным соединением тиристоров. Драйвер содержит в своем составе: источник питания (1); узел контроля питания (2); оптоизлучатель (3); узел логики (4); узел термозащиты (5); узел контроля напряжения на тиристоре (6); узел контроля сигнала управления на тиристоре (7); оптоприемник (8); узел задержки (9); усилитель (10). Питание драйвера осуществляется от трансформатора тока, выполненного на ферритовом кольце, с намотанной на нем вторичной обмоткой. Ферритовое кольцо надето на изоляционную трубку и залито компаундом. Первичной обмоткой трансформатора тока является провод высокочастотной (50-килогерцовой) токовой петли, проходящий последовательно через трансформаторы тока остальных драйверов преобразователя. Вторичная обмотка трансформатора тока Т подключена к источнику питания (1). Источник питания (1) выполнен на основе диодного мостового выпрямителя и параллельного стабилизатора напряжения. На выходе источника питания предусмотрены конденсаторы для фильтрации стабилизированного напряжения. Источник питания обеспечивает стабилизированными напряжениями питание усилителя (10) и остальных элементов драйвера. Работа драйвера заключается в формировании импульса тока управления тиристора по входному оптосигналу, контроле напряжения на тиристоре, защите тиристора от перегрева. 1 ил.

Драйвер тиристора для высоковольтных преобразователей, содержащий источник питания, узел контроля напряжения питания драйвера, оптоизлучатель, оптоприемник, усилитель, отличающийся тем, что в драйвер дополнительно введены узел термозащиты, узел контроля напряжения на тиристоре, узел контроля сигнала управления на тиристоре, узел задержки, узел логики, светодиодные индикаторы, при этом выход узла термозащиты соединен с входом узла логики, а вход - с термодатчиком, установленным на охладителе катодной стороны тиристора, выход узла контроля напряжения на тиристоре соединен со вторым входом узла логики, а вход - с резистивным делителем напряжения тиристора, выход узла контроля сигнала управления на тиристоре соединен с третьим входом узла логики, а вход - с выходом усилителя, выход оптоприемника соединен с четвертым входом узла логики и с входом узла задержки, выход которого соединен с входом усилителя, выходы узла контроля стабилизированного напряжения соединены с пятым и шестым входами узла логики, выходы узла логики соединены с оптоизлучателем и светодиодными индикаторами.