Устройство для защиты тиристорного инвертора (его варианты) Советский патент 1984 года по МПК H02H7/122 

фие.

2.Устройство по п. 1, о т л ичающееся тем, что блок задакия режима работы входного датчика тока выполнен в виде резистора, сопротивление которого обратно пропорционально величине индуктивности дросселя фильтра тиристорного инвертора.

3.Устройство по п. 1, о т л ичающееся тем, что блок задания режима работы входного датчика

.тока включает в себя выходной датчик тока, предназначенный для включения между инвертором и нагрузкой, выпрямитель и фильтр, при этом выход вы:ходного датчика тока через выпрямитель подключен к фильтру, выход которого явдяется выходом блока задания режима.

4. Устройство для защиты тиристорного инвертора, содержащее датчи1 Г входного тока, выполненный в виде магниточувствительного элемента, предназначенного для установки вблизи токоведущей шины, и пороговый элемент, вход которого присоединен к магниточувствительному элементу, а выход - к исполнительному органу заЬдаты, отличающееся тем, 4TOf с целью повышения помехоустойчивости и быстродействия при внутренних коротких замыканиях в инверторе, во входной датчик тока введен магнитопровод, выполненный из сплошного магнитомягкого материала, охватывающий входную токоведущую шину, в зазоре которого установлен магниточувствительный элемент.

1. Устройство для защиты тиристорного инвертора, содержащее датчик входного тока, выполненный в виде магниточувствительного элемента, предназначенного для установки вблизи токоведущей шины, и пороговый элемент, вход которого .присоединен к магниточувствитед ьному элементу, а выход - к исполнительному органу защиты/ отличающееся тем, что, с целью повышенияпомехоустойчивости и быстродействия при внутренних коротких замыканиях в инверторе, в него введен блок задания режима работы входного датчика тока, а.во входной датчик тока введен магнитопровод, выполненный шихтованным и снабженный дополнительной обмоткой, причем магниточувствительный элемент установлен в зазоре магнитопровода, охватывающего входную токоведущую (g шину, дополнительная обмотка которо(Л С го подключена к выходу блока задания режима работы входного датчика тока. fM сл ;о СП 4

Изобретение относится к преобразовательной технике и может найти применение в устройствах для защиты различных вентильных установок. Известны устройства для защиты ти ристорных инверторов, содержащие датчик входного тока инвертора в виде трансформаторов в цепи переменного тока питающей сети, выход которого через выпрямитель и пороговый элемент подключен к исполнительному устройству защиты Г , К недостаткам указанных устройств относится сложность построения, опре деляемая требованием повышенной элек трической прочности трансформаторов тока и необходимостью сочетания малой индуктивности рассеяния указанных трансформаторов с большой индуктивностью намагничивания, что объясняется необходимостью передачи как крутых фронтов нарастания тока, так и формы питающего тока, имеющего низкую частоту. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для защиты тиристорного инвертора, содержащее датчик входного тока, выполненный в виде магниточувствительного элемента, предназначенного для установки вблизи входной токоведущей шины, и пороговый элемент, вход которого присоединен к магниточувствительному элементу, а выход - к исполнительному органу защиты 2 . Недостатком известного устройства является пониженная помехоустойчивость вследствие как прямых электромагнитных наводок на датчик от близко проходящих проводов, так и реагировсшия датчика на все сигналы во входной токопроводящей шине независимо от того полезный это сигнал или сигнал помех. При этом различие указанных сигналов определяется частотным спектром, максимальная частота полезного сигнала ограничивается величиной индуктивности входного дросселя фильтра инвертора, а спектр сигнала помехи по частоте сверху практически может -быть не ограничен. ,Для выделения полезного сигнала в-устройстве защиты необходимы специальные фильтры, что дополнит€шьно снижает эффективность устройства защиты. Недостатком также является низкое быстродействие при внутренних коротких замыканиях в инверторе. Это объясняется тем, что срабатывание устройства защиты происходит только после того, как входной ток инвертора превысит предельнодопустимыйр величина которого выбирается заведомо вьше номинального входного тока инвертора. По этой причине отключение .инвертора в случае внутреннего короткого замыкания в режиме малого входного тока происходит с задержкой , определяемой длительностью нарастания величины входного тока до .предельно допустимого значения. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости и быстродействия при внутренних коротких замыканиях в инверторе. Поставленная цель по первому варианту достигается тем, что в устройстве для защиты тиристорного инвертора, содержащее датчик входного то ка, выполненный в виде магниточувст вительного элемента, предназначенного для установки вблизи токоведущей шины, и пороговый элемент, вход которого присоединен к магниточувствительному элементу, а выход - к исполнительному органу защиты, введен блок задания режима работы вход ного датчика тока, а во входной дат чик тока введен магнитопровод, выполненный шихтованным и снабженный дополнительной обмоткой, причем маг ниточувствительный элемент установлен в заэоре магнитопровода, охваты вающего входную токоведущую шину, дополнительная обмотка которого под лючена к выходу блока задания режима работы входного датчика тока. При этом блок задания режима работы входного датчика тока-может быть выполнен в виде резистора, соп ротивление которого обратно пропорционально величине индуктивности . дросселя фильтра тиристорного инвертора .. Блок .задания режима работы входн го датчика тока может включать выхо ной датчик тока, предназначенный дл включения между инвертором и нагруз кой, выпрямитель и фильтр, при этом выход выходного датчика тока через выпрямитель подключен к фильтру, вы ход которого является выходом блока задания режима. Поставленная цель по второму варианту достигается тем, что в уст1ройстве для защиты тиристорного инвертора, содержащем датчик входного тока, выполненный в виде магниточувствительного элемента, предназначен ного дпя установки вблизи токоведущей шины, и пороговый элемент, вход которого присоединен к магниточувст вительному элементу, а выход - к исполнительному органу защиты, во входной датчик тока введен магнитоПРОВОД, выполненный из сплошного маг нитомягкого материала, охватывающий входную токоведущую шину, в зазоре которого установлен магниточувствительный элемент, ( ,Нафиг. 1 представлена функционал |ная схема устройства по первому варианту; на фиг. 2 - вариант выполнения блока задаания режима; на фиг. {функциональная схема устройства по втсЗрому варианту. Устройство по первому варианту содержит источник 1 постоянного напряжейия, через, исполнительный орган 2 защиты подключенный к инвертору 3, к выходу которого подключена нагрузка .4. Входную шину инвертора охватывает магнитопровод 5, в зазоре которого установлен магниточувствительный элемент б, подключен; ный к входу порогового элемента 7, выход которого подключен к входу исполнительного органа 2 защиты. Дополнительная обмотка на магнитопроводе 5 подключена к выходу блока 8 задания режима. Блок задания режима включает (фиг. 2) датчик 9 тока, выпрямитель 10 и сглаживающий фильтр 11. Устройство защиты работает следующим образом. При возникновении аварийного режима, например при опрокидывании инвертора, входной ток инвертора начинает нарастать. Увеличение тока во входной шине увеличивает магнитную индукцию в магнитопроводе 5 и соответственно индукцию в зазоре магнитопровода. Сигнал с магниточувствительного элемента увеличивается и при достижении порога срабатывания порогового элемента 7 вызывает его переключение, после чего сигнал с порогового элемента включает исполнительный орган защиты, например конденсаторный выключатель, которое отключает инвертор от источника питания . Дополнительная обмотка на магнитопроводе 5 с блоком задания режима определяет характер изменения индукции в сердечнике при изменении входного тока инвертора, а значит, свойства датчика, включающего в себя магнитопровод и магниточувствительный элемент, и всего устройства для защиты. При этом возможны следующие характеристики в зависимости от свойств блока задания режима. В первом случае блок задания режима выполнен в виде резистора с сопротивлением равным R . В этом случае при скачкообразном изменении входного тока зависимость приращения индукции в магнитопроводе АВ , а следовательно, и приращение сигнала с магниточувствительного элемента 6 будут описываться выражением 1( -Ь (1 е , - величина изменения входного тока инвертора; средняя длина магнитопровода;. L - индуктивность дополнительной обмотки на магнитопроводе. Выражение (1) показывает, что устройство дпя защиты обладает фильтрующим свойством по отношению к высокочастотным помехам за счет проявения инерционных свойств измерителя входного тока - магниточувствительного элемента с магнитопроводом. Фильтрующее свойство, как это следует из формулы (1), пропорционально индуктивности дополнительной обмотки и обратно пропорционально сопротивлению реэистора. Регулировка величины сопротивления резистора R позволяет легко управлять фильтрующи ми свойствами устройства. Данное свойство особенно полезно в случае использования дросселей с различными величинами индуктивности. Известно, что уровень помех на входной шин определяется главным образом величиной индуктивности дросселя фильтра инвертора который обьачно включается последовательно в цепь питания постоянного тока и ограничивает проникновение токов высокой частоты из инвертора р сеть. В этом случае выбор величины резистора в обратной пропорциональности к величине индуктивности питающего дросселя всегда обеспечивает заданную помехоустойчивость. Это является существенным положительным свойством предлагаемого устройства для защиты. Устройство может быть эффективно использовано в случае, когда величина индуктивности дросселя зависит от величины проходящего тока, например снижается за счет подмагничивания. При этом блок задания режима можно выполнить осуществляющим функцию изменения сопротивления пропорционально входному току инвертора. В блоке 8 задания режима (фиг.1) датчик 9 ,тока включен в цепь выходного тока инвертора 3 (фиг, 1), сигнал с выхода датчика 9 после выпрямления выпрямителем 10 и сглаживания фильтром 11 (фиг. 2) поступает на дополнительную обмотку на магнитопроводе 5 (фиг. 1). Магнитная индукция В в сердечнике при зтом опреле-лится следующим образом: l l oUвxW1 Зy W2l ) е t где 3ц - входной ток инвертора; ЗУ - выходной ток блока задания режима; W, - количество витков основной обмотки (в цепи входного тока инвертора); Wj- количество витков дополнительной обмотки, Магниточувствительный элемент вместе с пороговым настроены на срабатывание при пороговом значении ин дукции в матнитопроводе Впор . при Ътом ампер-витки дополнительной обмотки выбирают с обратным знаком к ампер-виткам основной обмотки, Входной ток инвертора, при котором прои зойдет отключение Jg откл определится выражением т в„ор-г (3) пул; ч w;Ток Oij пропорционален выходноь у току инвертора. Как следует из выражения (3), при возрастании выходного тока инвертора Звых, , т.е. его выходной мощности Рвых возрастает иЛвг.слкА т.е. отключение инвертора произойдет при большем значении тока на величину Т /vv, снутрением коротком зa tыкaнии в инверторе выходной ток инвертора практически мгновенно спадает до нуля, вследствие чего 1 д, Q,; значительно снижается из-за равенства нулю второго слагаемого в формуле (3), что ведет к снижению тока, при котором произойдет отключение инвертора устройством для защиты, а следовательно, и быстродействие защиты пропорционально возрастает. Указанное свойство увеличения быстродействия при внутренних коротких замыканиях является существенно полезным, так как внутренние короткие замыклния в инверторе на практике встречаются чаще, чем иные виды нарушения работоспособности инвертора. Устройство по второму варианту содержит источник 1 постоянного напряжения через исполнительный орган 2 защиты, подключенный к инвертору 3, к выходу котррого подключена нагрузка 4. Входную шину инвертора охватывает магнитопровод 5, в зазоре которого установлен магниточувствительный элемент 6, подключенный к входу порогового элемента 7, выход которого подключен к входу исполнительного органа 2 заа1иты. Устройство работает следующим образом. При возникновении аварийного режима, например при опрокидывании инвертора, входной ток инвертора начинает нарастать. Увеличение тока во входной шине увеличивает магнитную индукцию в магнитопроводе 5 и соответственно индукцию в зазоре магнитопровода. Сигнал с магниточувствительного элемента увеличивается и при достижении порога срабатывания пороговог-о элемента 7 вызывает его переключение, подле чего сигнал с порогового элемента включает исполнительный орган защиты. Магнитопровод 5 может быть выполнен из сплошного магнитомягкого электропроводящего материала без дополнительной обмотки. Эффективность устройства по второму варианту аналогична эффективности устройства по первому варианту. Вихревые токи, наводимые в электропроводящем материале магнитопровода, играют ту же роль, что и ток дополнительной обмотки в описанном выше случае. Варьируя геометрическими размерами, а также используя материал с различной электропроводностью, можно изменять инерционность устройств заощты за счет изменения эквивалентных параметров, т.е. L и R , в соответствии с формулой (1).

Результаты испытаний предлагаемого устройства для защиты тиристорного инвертора на экспериментальном образце тиристорного преобразователя Мощностью 100 кВт и частотой 2400 Гц показывают, что устройство для защиты не производит ложных отключений

в случаях, когда уставка защиты превосходит входной ток инвертора не менее, 1ем на 20% в случае использования известного устройства превышение должно быть не менее 40%. При внутренних коротких замыканиях в инверторе, работающем на мощности 10% от номинального, быстродействие отключения возросло с 1,2 до 0,3 мС и соответственно входной ток инвертора в момент включения устройства для защиты снизился с 240 до 60 А.

ф1/г.2