Устройство для защиты полупроводникового преобразователя Советский патент 1983 года по МПК H02H7/12 

элемент времени, третьи входы четвертого и пятого элементов И соединены с выходом третьего, выходам четвертого и пятого элементов И соедянены с входами элемента ИЛИ, выход которого через релейный усилитель подключен к цепям отключения преобразователя.

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 Память 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 больjiie 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 тличающееся 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 входом второго сигнального элемента, (Л к выходу чувствительного элемента через два разнополярно включенных (Циода подсоединены две цепи, каждая из которых содержит последовательно соединенные преобразователь длительности импульсов в пропорциональное напряжение, 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 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

Изобретение относится к электро технике, а именно к устройствам защиты вентильных преобразователей, реагирующих на повреждение отдельных Вентилей при их последов тельно параллельном соелинении. Изветно устройство, для защиты полупроводникового преобразователя, содержащего измерительный мост, образованный вентилями плеча преобразователя и делителем напряжения, включающее в себя трансформатор, первичная обмотка которого включена в диагональ измерительного моста, а вторичная обмотка подключена к испо нительному элементу Cl. Недостаток этого устройства, низкая надежность. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для защиты полупроводникового преобразователя, содержащее измерительный мост, образованный цепью вентилей плеча преобразователя и делителем напряжения, в диагональ которого включены последовател но первичная обмотка трансформатора и конденсатор. К вторичной обмотке трансформатора подключен двухканаль ный логический блок, выходным элементом первого канала является элемент задержки, подключенный к элементу И, к входам которого подключе ны элементы Пс1мять и НЕ, входы которых подключены через усилитель к трансформатору, а второй канал об разован релейным элементом, порог срабатывания которого больше зоны нечувствительности входного усилите ля первого канала 2. Отличительные признаки известного устройства обеспечивают выработк сигнала о пробое любого вентиля пле ча и выработку сигнала на отключение преобразователя при пробое двух вентилей в последовательной цепи не зависимо от их расположения относительно точек подключения первичной обмотки трансформатора и конденсато ра. Причем при пробое двух вентилей расположенных по разные стороны от точки подключения трансформатора, при пробое первого вентиля и возник новении напряжения на диагонали измерительного моста срабатывает сигнальный элеме«т, при пробое второго вентиля сопротивления плеч моста, образованных цепью вентилей, выравниваются, напряжение небаланса на диагонали измерительного моста ут е: шается, на выходе элемента НЕ первого канала логического блока появляется сигнал логической 1 , на .выходе элемента Память также имеется сигнал логической , на выходе элемента И при этом появляется сигнал логический , и устройство вырабатывает сигнал на отключение преобразователя. В режиме нагрузки преобразователя на диагонали измерительного моста существует напряжение небаланса, которое определяется различием динамических характеристик отдельных вентилей. Амплитуда напряжения небаланса может достигать, а в отдельных случаях превышать амплитуду обратного напряжения на одном вентиле, при этом напряжение небаланса оказывается соизмеримым с фиксируемым значением напряжения на диагонали измерительного моста при пробое одного вентиля плеча преобразователя. Вьтолнение требования отстройки от напряжения Небаланса в нагрузочном режиме приводит к загрублению защиты и существенному уменьшению чувствительности. Если после пробоя одного вентиля происходит пробой еще двух вентилей, расположенных по другую сторону от точки подключения трансформатора, то изменится полярность напряжения на диагонали моста, а значение его сохранится. При этом сигнал на отключение преобразователя не поступит. Работа преобразователя с тремя поврежденными вентилями в одном плече значительно увеличивает вероятность пробоя плеча, и, вследствие этого, повышается вероятность выхода из строя преобразователя на длительное время. Таким образом, указанные недостатки известного устройства снижают его надежность. Цель изобретения - повышение надежности устройства защиты. Поставленная цель достигается тем, что в 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 обмо ка 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 Память 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 элемента задержки и релейного элемента связаны с входом выходного усилителя логического блока, выход которого подключен к испол нительному элементу и первому сигнальному элементу, а выход элемента Память связан с вторым сигнальны элементом, 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 расщирителя 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 усилителя, выход элемента Память соединен с первым входом второго эле мента И, выход которого соединен с входом второго сигнального элемента к выходу чувствительного элемента через два разнополярно включенных диода подсоединены две цепи, каждая из которых содержит последовательно соединенные преобразователь длительности импульсов в пропорциональ ное напряжение, 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 напряжение подсо единены две цепи, каждая из которых .состоит из последовательно соединен ных дифференцирующего элемента, выпрямителя, 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 пятого элемента И - чере первый элемент времени, выход порогового элемента второй цепи соединен с первым входом пятого элемента И непосредственно, а с вторым входом четвертого элемента И - через второй элемент времени, третьи входы четвертого и пятого элементов И соединены с выходом третьего элемента И, выходы четвертого и пятого элементов И соединены с входами элемента ИЛИ, вы-. ход которого через релейный усилитель подключен к цепям отключения преобра- . зователя. Повышение отстррйки от напряжения небаланса в нагрузочном режиме достигается введением дополнительных первого и второго элементов И, включенных в блоке логики известного устройства Между элементом задержки и усилителем (первый элемент И) и между элементом Память и сигнальным элементом (второй элемент И). Выработка устройством сигнала или команды на отключение преобразователя происходит только после появления на вторых входах первого и второго элементов И разрешающих сигналов, вырабатываемых цепью, в которой осуществляется измерение и сравнение, длительности импульсов.полуволн направг ления на диагонали измерительного моста с заданным временем. Разрешающий сигнал появляется при превышении длительностей-импульсов обоих полуволн напряжения на диагонали измерительного моста заданного времени. Длительность импульсов напряжения небаланса на диагонали измерительного моста в нагрузочном режиме преобразователя практически в три раза меньше, чем длительность импульсов напряжения при пробое -вентиля в контролируемом плече. Поэтому введение в схему дополнительных элементов обеспечивает срабатывание защиты в случае пробоя вентиля при одновременном достижении надежной отстройки от импульсов напряжения небаланса по их длительности в нагрузочном режиме . Если после пробоя одного вентиля происходит пробой еще двух вентилей, расположенных по другую сторону от .точки подключения трансформатора известное устройство, как указывалось выше, не вырабатывает команду на отключение. Для устранения этого недостатка введены дополнительные измерительный и логический блоки. Измерительный блок состоит из двух цепей, содержащих последовательно соединенные дифференцирующий элемент, выпрямитель, сглаживающий элемент и пороговый элемент, причем эти цепи подключены к вторичной обмотке трансформатора через разнополярно включенные диоды. При пробое вентиля напряжение на диагонали измерительного моста имеет форму импульсов, содержащих апериоднческуга составляющую и высшие гармоники. Напряжение на пер вичной и вторичной обмотках трансфо матора, включенного в диагональ измерительного моста, не содержит апе риодическую составляющую напряжения которая полностью палает на раздели тельном конденсаторе. При этом одна полуволна напряжения на вторичной обмотке трансформатора содержит высшие гармоники, а полуволна, образов ная .за счет смещения кривой напряжения на величину постоянной составляю щей, имеет форму импульсов с практи чески неиэменньг и мгновенны.1и значениями напряжения. Производная первой полуволны напряжения трансформатора представляет собой знакопеременный .сигнал, со значительной амплитудой, а производная второй полуволны значительно отличается от нуля только на интервалах возрастания напряжения и снижения его до нулевого значения длительность которых существенно меньше времени существования импуль са напряжения этой полуволны. Сигналы, соответствующие каждой полуволне выпрямляются, сглаживаются и подаютс .на входы пороговых элементов. При этом ОДИ.Н пороговый элемент, на вход -которого подается 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 уровня сигналов пороговых элементов измерительного блока на противоположный,что соответствует пробою двух вентилей после пробоя первого вентиля, расположенного по другую сторону относительно точки подключения трансформатора. В этом случае изменяется полярность напряжения на диагонали измерительного моста и форма напряжения на входах дифференцирующих элементов И, соответственно, меняется на противоположный уровень сигналов на входах .пороговых элементов. На фиг, 1 приведена функциональна схема устройства; на фиг. 2 - осциллограммы, поясняющие работу Цепи, в которой осуществляется выявление пробоя вентиля по длительности полу.волн напряжения трансформатора, вклю ченного в диагональ измерительного моста (я - нормальный режим; 5 - про бой вентиля); на фиг. 3 и 4 - осциллограммы, иллюстрирующие работу дополнительных элементов устройства, обеспечивающих отключение преобразователя 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 йентиля в 1.1, 6- пробой двух вентилей в плече 1.2). Устройство содержит измерительный мост, образова.нный вентилями плеча преобразователя и делителем напряжения, в диагональ которого включены последовательно конденсатор и первичная 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 Память 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 напряжение, пороговые элементы 20 и 21, расширители 22 и 23 импульсов, элемент И.24, дифференцирующие элементы 25 и 26, выпрямители 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 приняты следующие обозначения : Ur, ; -напряжения на двух группах вентилей плечей преобразователя, образующих соответственно первое и второе плечо 1.1, 1.2 измерительного моста; Ь1д - напряжение на диагонали измерительного моста; и, - напряжение на вторичной обмотке трансформатора 3; U.g 24 пряжение на выходах соответствующих элементов ;U(;p напряжение срабатывания пороговых элементов 20 и 21; , - момент пробоя вентиля в плече 1.1; inp2 момент пробоя двух вентилей в плече 1.2; U , 0 , U., , U ( напряжение на соответствуюпдах элементах; - напряжение срабатывания пороговых элементов 31 и 32. Устройство работает следующим образом. При работе преобразователя в нагрузочном режиме напряжение и. ni отличается на малых отрезках времени из-за различия динамических характеристик вентилей, в результате напряжение на диагонали измерительного моста и имеет характер импульсов, значительно меньших импульса обратного напряжения (фиг. 2а). Напряжение на вторичной обмотке трансформатора 3 не содержит апериодической составляющей и представляет собой двухполярный сигнал, одна полуволна которого по длительности в несколько раз меньше другой. Полуволны этого сигнала разделяются с помощью диодов 16 и 17 и поступают на вход преобразователей длительноети импульсов в пропорциональное напряжение 18 и 19, на выходах которых появляются импульсы треугольной формы. Амплитуда импульса, соответствующая полуволне с меньшей длитель ностью, меньше установки срабатывания пороговых элементов 20 и 21, а амплитуда импульса, соответствующая второй полуволне, больше уставки срабатывания. 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 расширителя 22 или23 импульсов появится постоянный сигнал, на выходе элемента И 24 сигнал не появится,поэтому на вторых входах элементов И 14 и 15,- установленных в цепях отключения и сигнализации известного устройства, будет блокирующий сигнал логический О . При пробое вентиля в плече 1.1 или 1.2 измерительного моста длитель ность импульсов напряжения на его диа:гонали равна длительности импульсов обратного напряжения на вентилях Длительности полуволн напряжения на трансформаторе 3 примерно одинаковы в несколько раз превышают длительг ность импульсов напряжения небаланса (фиг. 26). В результате амплитуд сигналов на выходах преобразователе 18 и 19 превышает уставки срабатывания пороговых элементов 20 и 21, си нал, соответствующий логической i появляется на обоих входах элемента И 24,на его выходе и одновременно н вторых входах элементов И 14 и 15 появляется разрешающий сигнал - логическая . в этом случае при срабатывании известного устройства появляется сигнал о пробое вентиля в плече преобразователя. При пробое второго вентиля в дру гом плече (12 или 1.1) напряжение н диагонали Уд выравнивается и сигнал на выходе элемента И 24 .исчезает, однако разрешающий сигнал на вторых входах элементов И 14 и 15 сохраняется благодаря действию элемента 39 времени на время, достаточное для отработки команды на отключен-ие выключателя, вырабатываемой известным устройством. При нормальной работе выпрямителя на вход дифференцирующих элементов 25 и 26 поступают полуволны напряжения небаланса трансформатора, одна из которых представляет собой узкий импульс, а другая - импульс, бли кий по форме к прямоугольному импуль су с малой амплитудой (фиг. За). На выходе дифференцирующих элементов 25 и 26 в этом случае появятся узкие одиночные импульсы, на выходе выпрямителей 27 и 28 эти импульсы будут иметь одну полярность, амплитуда импульсов на выходах сглаживающих элементов 29,30 будет меньше напртжения срабатывания пороговых элементов 31 и 32.При этом логичес- кий блок, .состоящий из элементов 33-37, не срабатывает. В момент tqp происходит пробой первого вентиля, например в плече 1.1. При этом полуволна напряжения на диагонали измерительного моста Цд,, поступающая на вход дифференцирующего элемента 25, имеет ярко выраженные высшие гдрмоники, а другая полуволна, поступеиощая на вход элемента 26, не имеет ярко выраженных высших гармоник. Поэтому на выходе дифференцирующего элемента 25 знакопеременные сигналы будут- иметь длительность, равную длительности импульсов обратного напряжения на вентилях, выходе дифференцирующего элемента 26 сигналы будут иметь длительность, равную времени нарастания и снижения значения напряжения импульса, которая существенно меньше первой,В данном случае вьтрямленный и сглаженный сигнал на выходе порогового элемента 31 будет иметь большее значение, чем сигнал на входе порогового элемента 32, от значения которого производится отстройка по напряжению срабатывания. В рассматриваемом случае срабатывает пороговый элемент 31, а элемент 32 не сработает. При этом на первом входе элемента И 35 -появится сигнал логической , на его втором входе сохранится сигнал О, на третьем входе, связанном 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 срабатывания порогового элемента 31 появится 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. Напряжение на диагонали моста меняет полярность, при этом сигнал на выходе порогового элемента 31 исчезает, а на выходе элемента 32 появляется. Одновременно с этим появляется 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 благодаря действию элемента 33 времени, имеющего выдержку

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

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

Технико-экономическая эффективность устройства определяется повыш нием надежности эагциты преобразователя при пробое отдельных вентилей за сче усиления отстройки защиты от напряжения небаланса, а также за

счет предотвращения отказа защиты при пробое одного, а затем двух вентилей, расположенных в разных плечах измерительного моста. Экономический эффект обусловлен исключением ложных срабатываний защиты, сопровождающихся отключением преобразователя и недоотпуском электроэнергии подключенных к нему потребителей, а также обеспечением надежного срабатывания защиты и отключения преобразователя при последовательном во времени пробое одного из двух вентилей и предотвращением выхода из строя большого числа вентилей плеча преобразователя.