Способ защиты тиристорного преобразователя постоянного напряжения Советский патент 1984 года по МПК H02H7/12 

Изобретение относится к преобразовательной технике и касается защиты тиристорного преобразователя постоянного напряжения. Известен способ защиты тиристорного преобразователя постоянного напряжения, по которому при срыве работы преобразователя формируют отрицательное напряжение на его тиристорах и блокируют импульсы управления преобразователем lj и z . Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ защиты тиристорного преобразователя постоянного напряжения, подключенного к источнику питания через LC -фильтр и входной реактор, заключающийся в том что при срыве работы преобразователя формируют на его тиристорах отрицательное напряжение путем колебательного перезаряда конденсатора LC -фил , тра и блокируют импульсы управления преобразователем 2J , Известный способ является достаточ но простым, поскольку не требует применения дополнительных защитных устройств, однако он неприменим для защиты тиристорного преобразователя постоянного напряжения, снабженного вентильными цепями возврата энергии, подключенными к конденсатору входного фильтра, или вентильной цепью рас сеяния энергии, шунтирующей входной реактор преобразователя. В преобразователях, снабженных указанными вентильными цепями, в случае срьша их работы возникает про цесс колебательного перезаряда конденсатора входного фильтра через входной реактор и короткозамкнутую цепь преобразователя. Однако колебательный перезаряд конденсатора фильт ра длится лишь до момента перехода напряжения на нем до нуля. При смене полярности напряжения на конденсаторе фильтра открываются вентили в цепях возврата или рассеяния энергии, при этом ток входного реактора замыкается через указанные вентильные цепи, минуя конденсатор входного фильтра, и процесс его колебательного перезаряда прекращается С этого момента напряжение на конден саторе устанавливается равным нулю, аварийный входной ток замьжается через тиристоры преобразователя и самгвосстановления преобразователя не происходит о Для прерывания аварийного тока в таких преобразователях.необходимо принять дополнительные быстродействующие защитные устройства, что усложняет защиту и снижает ее надежность. Цель изобретения - повышение надежности и расширение функциональных возможностей способа тиристорного преобразователя постоянного напряжения. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу защиты тиристорного преобразователя постоянного напряжения, подключенного к источнику питания через LC -фильтр и входной реактор и снабженного по меньшей мере одной вентильной цепью возврата или рассеяния энергии, подключенной к конденсатору LC -фильтра или входному реактору, заключающемуся в том, что при срыве работы преобразователя формируют на его тиристорах отрицательное напряжение путем колебательного перезаряда конденсатора L С-фильтра и блокирзтат импульсы управления преобразователем, контролируют вели чину и полярность напряжения на конденсаторе LiC -фильтра и дополнительно блокируют вентильные цепи возврата или рассеяния энергии, причем блокирующее воздействие на указанные цепи вырабатывают, на начальном этапе колебательного перезаряда конденсатора LC -фильтра до момента смены полярности напряжения на нем с положительного значения на отрицательное. Кроме того, подачу импульсов управления преобразователем возобновляют в момент достижения напряжением на конденсаторе LС-фильтра заданного положительного значения, а блокирование вентильных цепей прекращают после момента смены полярности напряжения на конденсаторе LC -фильтра с отридательного значения на положительное к моменту подачи импульсов управления преобразователем. На фиг.1 представлена структурная схема тиристорного преобразователя постоянного напряжения с вентильными цепями возврата энергии, реализующая предлагаемый способ защиты} на фиг.2 - схема преобразователя с вентильной цепью рассеяния энергии, на фиг.З - временные диаграммы токов и напряжений, характеризующие аварийный режим работы преобразователя при 3111 блокировании вентильных цепей возврата и рассеяния энергии; на фиг.4 временные диаграммы, характеризующие аварийный режим преобразователя при отсутствии блокирующего воздействия на указанные вентильные цепи. Устройство (фиг.1) содержит силовой преобразовательный блок 1, реактор. 2 с основной обмоткой 3, включен,ной в цепь постоянного тока преобразователя, входной LC -фильтр, соетоящий из дросселя 4 и конденсатора 5, цепи возврата энергии, состоящие из трансформатора 6 сброса с обратным вьшрямителем 7 и дополнительной обмотки 8 реактора 2 с обратным диодом 9. Обе цепи возврата подключены к конденсатору 5 входного фильтра через управляемый ключ 10. Блок 11 управления предназначен для управления тиристорами силового блока 1, блок 12- для управления ключом 10, блок 13- для контроля срьша работы пре- образователя, а блок 14 - для контроля величины и полярности напряжения на конденсаторе 5. В преобразователе (фиг.2) вентильная цепь рассеяния представлена в виде обратного диода 9, подключенного .через управляемый ключ 10 параллельно обмотке 3 входного дросселя 4. В нормальном режиме работы преобразователя (фиг.1) конденсатор 5 входного фильтра заряжен до номинального значения, блок 11 управления вырабатьшает импульсы управления тиристорами силового блока 1 , а блок 12импульсы управления ключом 10, поддерживая его в замкнутом состоянии. В этом режиме избыточная энергия, накапливаемая в коммутирующих элементах преобразователя, возвращается в конденсатор 5 через трансформатор 6 сброса и обратный вьтрямитель 7, а также через вторичную обмотку 8 реактора 2 и обратный диод 9. При срьгое работы преобразователя в момент t« (фиг.З) возникает режим колебательного перезаряда конденсатора 5 через обмотку 3 реактора 2 и короткозамкнутую цепь силового блока 1. При этом по сигналу, поступающему с блока 13, в блоках 11 и 12 производится блокирование импульсов управления тиристорами силового блока 1 и ключом 10. Причем блокирующее воздействие в блоках 11 и 12 производится не позднее момента t) смены поляр4ности напряжения U на конденсаторе 5с положительного значения на отридательное. В момент t, ток i обмотки 3 реактора 2, равный сумме токов дросселя 4 и тока разряда конденсатора 5 достигает максимального значения 1 . При разомкнутом состоянии ключа 10 процесс колебательного перезаряда конденсатора 5 продолжается до момента 12 за счет энергии, накопленной в индуктивности реактора 2. С момента i2 когда ток-in реактора 2 достигнет нулевого значения, характер изменения напряжения UK будет определяться только током i., дросселя входного фильтра. В течение интервала времени к тиристорам силового блока 1 прикладывается обратное напряжение Ug , под действием которого происходит выключение тиристоров и самовосстановление работоспособности преобразователя. В момент i:} смены полярности напряжения и5 с отрицательного значения на положительное в блоке 12 по сигналу с блока 14 снимается блокирующее воздействие. В момент ti , когда напряжение Ug достигает заданного положительного значения Unop , снимается блокирующее воздействие в блоке 11 и возобновляется подача импульсов на тиристоры силового блока 1. В результате повторное включение преобразователя производится на начальном этапе нарастания положительного напряжения на входе преобразователя и, тем самым, исключаются опасные перенапряжения на конденсаторе 5, возникающие за счет заряда конденсатора током ц дросселя 4 входного фильтра. Аналогично протекают аварийные процессы и в преобразователе с вентильной цепью рассеяния энергии (фиг. 2). Если при возникновении аварийного процесса, вызванного срывом работы преобразователя, по меньшей мере одна из рассмотренных вентильных цепей возврата или рассеяния энергии не блокируется, то самовосстановления работоспособности преобразователя не происходит. Действительно, в случае, когда обратный выпрямитель 7 в схеме (фиг,1) или обратный диод 9 в схеме (фиг.2) остаются подключенными в течение всего периода аварий - ного процесса, то токij реактора 2 511 с момента t (фиг.4) заг ыкается не через конденсатора 5, а через короткозамкнутзта цепь блока 1 и выпрямитель 7 - в первой схеме, или диод 9 во второй схеме. В результате напряжение на конденсаторе 5 с этого момента устанавливается равным нулю, а ток 1а медленно спадает по экспоненциальному закону и устанавливается равньлм току t. дросселя 4. В том случае, когда в период аварийного процесса оказьгоается не блокированной цепь возврата энергии, состоящая из дополнительной обмотки реактора 2 и обратного диода 9 (фиг,1), ток 13 с момента 1ц замыкается через обмот ку 8 и диод 9. Индуктивность этой це пи возрастает и амплитуда тока i в момент i/1 снижается скачком до значения (W, W , Wg число витков обмоток реактора 2. Сопротивление контура цепи разряда мал и ток i медленно спадает до значения аварийного входного тока . Таким образом, при блокировании в период аварийного процесса вентильны цепей возврата или рассеяния энергии шунтирунлцих конденсатор входного фильтра или входной реактор, становится возможным применение сравнительно простого известного способа защиты преобразователя. С целью эффективного использования предлагаемого способа и повьшения надежности самовосстановления преобразователя блокирование указанных вентилЬных цепей необходимо производить на начальном этапе разряда конденсатора входного фильтра до момента смены полярности напряжения на нем с положительного з-Начения на отрицательное. Так как в течение интервала времени с момента срьша работы преобразователя и до момента указанной смены полярности напряжения на конденсаторе фильтра токи в вентильных цепях возврата и рассеяния энергии отсутствуют, то в качестве управляемых ключей 10 можно использовать тиристоры, причем их можно использовать взамен вентилей в этих цепях, В этом случае блокирование указанных цепей осуществляется снятием с тиристоров управляющих импульсов, При рассмотренном способе заищты к датчикам и исполнительным органам -предъявляются относительно невысокие требования по быстродействию. Как правило, длительность интервалов |:Q-ti, при которых вырабатываются блокирующее воздействие на вентильные цепи, и 5 при которых прекращается их блокирование, в преобразователе с реальньми параметрами фильтра велика. В преобразователе с рабочей частотой 5 кГц длительность этих интервалов составляет несколько сотен микросекунд. Благодаря тому, что повторное включение преобразователя производится при токе дросселя входного фильтра, лишь незначительно отличающемся от установившегося значения, и нарастающем напряжении на конденсаторе фильтра, длительность переходного процесса уменьшается и пусковой про-, цесс улучшается. В результате такого включения преобразователя снижается аварийное перенапряжение на конденсаторе фильтра и повышаеТчСЯ надежность работы устройства.

Фиг1

1. СПОСОБ ЗАЩИТЫ ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО НАПРЯ-, ЖЕНИЯ, подключенного к источнику питания через LC-фильтр и входной реактор и снабженного по меньшей мере одной вентильной цепью возврата или рассеяния энергии, подключенной к конденсатору ЬС -фильтра или входному реактору, заключающийся в том, что при cpijBe работы преобразователя формируют на его тиристорах отрицатель- . ное напряжение путем колебательного перезаряда конденсатора LQ -фильтра и блокируют импульсы управления преобразователем, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и расширения функциональных возможностей, контролируют величину и полярность напряжения на конденсаторе LC -фильтр и дополнительно блокируют вентильные цепи возврата или рассеяния энергии, причем блокирующее воздействие на указанные цепи вырабатывают на начальном этапе колебательного перезаряда конденсатора LC -фильтра до момента смены полярности на пряжения на нем с положительного значения на отрицательное. i 2. Способ ПОП.1, отличающийся тем, что подачу импульсов (Л управления преобразователем возобновляют в момент достижения напряжес нием на конденсаторе LC -фильтра за-. данного положительного значения, а блокирование вентильных цепей прекра щают после момента смены полярности напряжения на конденсаторе LC гфильтра с отрицательного значения на положительное к моменту подачи импульсов ю управления преобразователем. 4 эо о

10 J

ff

ь

.

to t,

Фиг. и