Устройство для защиты преобразователя Советский патент 1984 года по МПК H02H7/12 

6. Устройство по п. 1-3, о т л ичающееся тем, что блок регулируемой задержки выполнен в виде операционного усилителя, диода, стабилитрона, потенциометра, конденсатора и трех резисторов, при этом инвертирующий вход операционного усилителя через включенные параллельно диод и стабилитрон соединен с его выходом, через первый резистор подключен к второму выводу, через конденса тор соединен с шиной нулевого потенциала, через второй резистор подключе к подвижному конта.кту потенциометра, соединенному с выводами для подключения источника питания, а неинвертирующий вход операционного усилителя

через третий резистор соединен с шиной нулевого потенциала.

7, Устройство по пп. 1 -.3, отличающееся тем, что блок контроля, и сигнгшизации аварийного режима выполнен в виде двух индикаторов двух тиристоров и кнопки с размыкающими ;контактами, при этом первые выводы индикаторов через контакты кнопки соединены с положительным выводом для подключения источника питания, вторые выводы соответственно подключены к анодам тиристоров, катоды которых соединены с отрицательным выводом для подключения источника питания , а управлякщие электроды тиристоров соединены с входными выводами блока.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАПЩТЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ по авт,св. № 974494, о тли ч ающеес я тем, что, с целью уменьшения потерь энергии и расширения функциональных возможностей путем повышения быстродействия и создания зависимой от характера задержки сраба:тывания, в него введены датчик скорости изменения тока, компаратор, блок регулируемой задержки, двухвходовой элемент ИЛИ и блок управления тиристорным ключом, при этом вход датчика скорости изменения тока предназначен для включения в выходную цепь преобразователя, выход через компаратор к первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого через блок регулируемой задержки соединен с выходом датчика тока, а выход через блок управления тиристорным ключом подключен к управляющему входу тиристорного ключа с принудительной коммутацией. 2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е ее я тем, что в него введен блок контроля и сигнализации аварийнЬго режима, подключенный своими входами соответственно к выходам компаратора и блока регулируемой задержки. 3.Устройство.по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что в него введен блок контроля тока (ампер-часов), вход которого подключен к выходу датчика тока. 4.Устройство по пп. 1-3, о тл и чающееся тем, что датчик скорости изменения тока выполнен в виде N закрепленных на диэлектри- . ческой пластине магнитодиодов, (N4-2) резисторов, конденсатора и операционного усилителя, причем аноды всех магнитодиодов соединены с положительным выводом для подключения источника питания, каждый из катодов - через соответствующий из N резисторов соединен с первым выврдом конденсатора, вторьм выводом подключенного к инвертирующему входу операционного усилителя, соединенному с его входом через (N+O-й резистор, а неинвертирующий вход операционного усилителя через (N+2)-и резистор подключен к шине нулевого потенциала. Устройство по пп. 1-3, о т л и ч аг О 00 00 ю щ е е с я тем, что компаратор вы- полнен в виде операционного усш нтеля, диода, стабилитрона, потенциометра и трех, резисторов, при этом инвертирующий вход операционного усилителя черкез включенные .параллельно диод и стабилитрон соединен с его выходом, через первый резистор подключен к входному выводу, через второй пезистор соединен с .подвижным контактом потенциометра, соединенного с выводами для подключения источника питания, а неинвертирующий вход операционного усилителя через.третий резистор соединен с шиной нулевого.потенциала.

Изобретение относитсяк преобразо вательной технике, а именно -к устрой ствам защиты вентильных преобразователей . , По основному авт.св. J/f 74494, .Известно устройство для защиты преЬб разователя, содержащее обратно включенный диод, подсоединенный анодом к одной из клемм для подключения нагрузки, вторая клемма для подключения которой подсоединена с помощью общей шины к одной из выходных клемм преобразователя, цепь из последовательно соединенных источника опорного напряжения, дросселя и тиристорного 1(люча с принудительной коммутацией, подключенную соответственно к катоду и аноду диода, и блок управления источником опорного напряжения выход которого подсоединен к управляиицему входу источникаj которое снабжено блоком задания уставки и датчиком .тока, под оеДиненным своими входами ко второй входной клемме преобразс вателя и к катоду диода, а выход датчика тока подключен через блок задания уставки ко входу блока управления источником опорного напряжения Датачик тока известного устройства выполнен на основе зак|репленного на диэлектрической пластине магнитодиода с последовательно соединенным первым резистором и операционного усилителя, инвертирующий вход которого подсоединен к катоду магнитодиода и через второй резистор - к его выходу, а неин8е)р1-тирующий вход усилителя подсоединен через третий регистор к общей щине, приае.м анод магнитодиода соединен с клеммой для подключения источника питания и не связанный с магнитодиодом второй вывод первого резистора соединенс клеммой для подсоединения источника смещения. Датчик выполнен на основе закрепленной на диэлектрической пластине цепи из N последовательно соединенных мэгнйтоуправляемых -контактов, вход которой подсоединен к клемме для подключения источника тока и выход подсоединен через первый резистор к инвертирующему входу операционного усилителя, подсоединенному через второй резистор к выходу усилителя, неинвертирующий вход которого через третий резистор подсоединен к общей шине, причем параллельно каждому магнитоуп равляеному контакту начиная с второго подсоединен резистор. Магнитоуправляемые контакты датчика тока подсоединены одними выводами к клемме для подключения источника тока и вторыми к первым выводш резисторов, вторые выводы которых подсоединены к инвертирующему входу рлерационного усилителя. Пластина

с магнитоуправляемыми контактами закреплена на штоке из диэлектрика, снабженном механизмом регулирования угла. Блок задания установки выполнен на. операционном усилителе, инвер- j тирующий вход KoTQporo подсоединен через первый резистор к входной клемме и через цепь из параллелБно сое- . диненных второго резистора и стабилитрона - к его выходу, а неинвертирую- ю 1ЦИЙ вход усилителя подсоединен через третий резистор к общей шине и через четвертый резистор - к движку пятого переменного резистора, выхода которого подсоединены к клеммам для подключейия источников питания tt 3

Недостатками известного устройстваявляются ограниченнее возможности, рбусловленные невысоким быстродействием и отсутствием зависимой от ха- jO рактера перегрузки задержки срабатыван1{Я, а также значительные потери знергии при коротких замыканиях.

. , -. . ОС

Цель изобретения - уменьшение потерь знергии и расширение функциональных возможностей путем повышения быстродействия и создания завиС1ШОЙ от характера перегрузки задержки сраб|| тывания.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для защиты преобразователя введены датчик скорости изменения тока, компаратор, блок регулируемой задержки, двухвходовой 35 злекент ИЛИ и блок управления тиристорным ключом, при зтом вход датчика скорости Изменения-тока предназначен дпя вкJшчeния в выходную цепь преобразователя, выход через компаратор 0 подключен к первому входу элемента ИЛИ, второй вход.которого через блок регулируемой задержки соединен с выходом датчика тока, а выход через блок управления тиристорным ключом 5; подключён к управляющему входу тиристорного ключа с принудительной коммутацией..

Кроме того, в устройство может быть введен блок контроля и си нали- 50 зации аварийного режима, подключенный С1роими входами соответственно к выодам компаратора и блока, регулирумой задержки.

В устройство также может бьп-ь едён 55 лок контроля тока (ампер-часов)j ход которого подк;шчен к выходу атчика тока.

Датчик скорости изменения тока может быть выполнен в виде N закрепленных на диэлектрической-пластине магнитодиодов, (N+2) резисторов, коденсатора и операционного усилителя причем анода всех магнитопроводов соединены с положительным выводом для поключения источника питания, каждый-из катодов - через соотцетствующий из N резисторов соединен с первым выводом конденсатора, втор выводом подключенного к инвертирующему входу операционного усилителя соединенному с его входом через (М+1)-й резистор, а неинвертирующий вход операционного усилителя через ()-й резистор подключен к шине нулевого потенциала.

Компаратор может быть выполнен в вИде операционного усилителя, диода стабилитрона, потенциометра и трех резисторов, при зтом инвертирующий вход операционного усилителя через включенные параллельно диод и стабилитрон соединен с его выходом, через первый резистор подключен к входному выводу, через второй резистор соединен с подвижнь1М контактом потенциометра, соединенного с выводами для подключения источника питания, а неинвертирующий вход операционного усилителя через третий резистор соединен с шиной нулевого потенциала.

Блок регулируемой задержки может быть выполнен в виде операционного усилителя, диода, стабилитрона, потенциометра, конденсатора и трех резисторов, при зтом инвертирую1ций вход операционного усилителя через включенные параллельно диод и стабилитрон соединен с его выходом, через первый резистор подключен к входному выводу, через конденсатор соединен с шинОй нулевого потенциала, через второй резистор подключен к подвижному контакту потенциометра, соединенному с выводами для подключения источника питания, а неинвертирукщий вход операционного усилителя через третий резисторсоединен с шиной .нулевого потенциала.

Блок контроля и сигнализации аварийного режима может быть выполнен в виде двух индикаторов, двух тиристоров и кнопки с размывакяцими контактами, при этом первые вывода индикаторов через контакты кнопкиу соединены с положительным выводом для подключения источника питания, вторые выводы соответственно подклю чены к анодам тиристоров, катоды которых соединены с отрицательным выводом для подключения источника питания; а управляющие электроды тиристоров соединены с входными выводами блока. На фиг. 1 представлено устройство для защиты преобразователя; на фиг, 2 - схема датчика скорости изменения тока; на фин. 3 - схема компаратора; на фиг. 4 - график,, поясняющий работу компаратора; на фиг. 5 - схема блока регулируемой задержки; на фиг. 6 - временные диаг раммы, Поясняющие работу блока регулируемой задержки; на фиг. 7 - схема блока контроля и сигнализации. Между преобразователем 1 и нагрузкой 2 подсоединен обратно включенный диод 3 по отношению к току н выходе преобразоэателя. Параллельно диоду 3 подключена цепь из последовательно соединенных источника опорного тока 4, тиристорного ключа с Принудительной коммутацией 5 и дросселя 6, причем элементы 3 и 4 включ ны согласно. Датчик скорости изменения тока 7 и датчик тока 8 установлены на выходе преобразователя 1. Выход датчика скорости изменения тока 7 подключен к входу компаратор 9, а выход датчика тока 8 подключен к блоку контроля тока преобразователя ТО, к блоку регулируемой задерж ки 11 и блоку задания уставки 12, выход которого подключен к входу блока управления 13 источника спорного тока 4, Входы блока контроля и сигнализации аварийного режима 14 подключены соответственно: первый к выходу компаратора 9 и первому входу элемента ИЛИ 15, второй выходу блока регулируемой задержки и второму, входу элемента ИЛИ 15. Вы ход элемента ШШ 15 Подключен к вхо блока управления 16 тиристорным клю чом с принудительной коммутацией 5. При нормальной работе преобразов теля 1 ток на его выходе Зр равен току нагрузки 3ц и меньше тока срабатывания защиты 3 с а ( п °° Зц съ этом режиме опорный то :jjj, создаваемый источником опорног тока 4, больше тока нагрузки на uD- Jon - 3. Сигнал с выхода дат чика тока 8 в блоке задания уставки 12 суммируется с сигналом, пропорциональным току ЛЗ , и поступает на вход блока управления 13 источника опорного тока 4. Величина опорного тока JQ, пропорциональна суммарному сигналу управления и при изменении тока нагрузки от нуля до сэ опорный ток изменяется от Л до . В нормальном режиме работы преобразователя : скорость изменения опорного тока dJpp/cW должна быть больше или равна скорости изменения тока нагрузки , чтобы исключить ложное срабатывание защиты. При перегрузке ток преобразователя становится больше опорного jj., и диод 3 запирается. Ток преобразователя протекает по цепи, шунти рующей . Скорость нарастания тока при этом ограничивается дросселем 6. Если перегрузка кратковременна, ее время не превьш1ает время задержки t , преимущественное для данного преобразователя, то защита не отключает преобразователь. После исключения кратковременной перегрузки преобразователь 1 переходит в нормальный режим. Время задерж Зод определяется для каждого преобразователя и устанавливается блоком задержки 11. При длительности перегрузки, превьш1ающей заданную 3,3, на выходе блока регулируемой задержки 11 появляется сигнал, поступающий на второй вход элемента ИЛИ 15, на выходе которого появляется сигнал, поступающий на вход блока управления 16 тиристорным ключем с принудительной коммутацией 5. Последний срабатывает, разрывает цепь шунтирующую диод 3 и ток в цепи преобразователя 1 и нагрузки 2 прекращается. Кроме того, сигнал с выхода блока регулируемой задержки 11 поступает также на второй вход блока контроля и сигнализации аварийного режима 14, который сигнализирует об аварийном режиме и о том, что аварийным режимом является перегрузка преобразователя 1. При коротком замыкании в нагрузке 2 на ее входе или между токопроводами постоянного тока, соединяющими устройство для быстродействующей защиты и нагрузку 2, скорость изменения тока преобразователя 3„/ Л больше скорости изменения тока нагрузки в нормальном режиме работы , преобразователя dJJj,/oJt /dt. Сигнал пропорциональной скорости изменения тока на выходе преобразователя 1 поступает с выхода датчика скорости изменения тока «Jd / cfi 7 на вход компаратора 9, Компаратор 9 настроен так, что при скорости изменения тока /eii, соответствующей нормальному режиму работы преобразователя 1, на его выходе сигнал отсутствует. При коротком замыкании 3f, /Jt больше порогового значения (dд„ ) „ (dа„ /л компаратор 9 срабатываетj сигнал с его выхода поступает на первый вход элемента ИЛИ 15, который запускает блок управления 16 на отключение тока короткого замыкания тиристорным ключом с принудительной коммутацией 5. Сигнал с выхода компаратора $ поступает также на первый вход блока контроля и сигнализации аварийного режима 14, который сигнализи рует что произошло короткое замыкание и сработало устройство защиты. Из анализа работы схемы (фиг. 1) видно, что предлагаемое устройство обеспечивает повышение быстродействия защиты при возникновении коротких замыканий,так как независимо от величи ны тока нагрузки,предшествующей возникновению короткого замыкания, устройство срабатывает сразу же, -не дожидаясь возрастания тока преобразователя до величины тока срабатыва.ния защиты Эс5 . Быстродействие тем выше,чем меньше ток нагрузки в цредаварийный режим. Кроме того, снижаются потери мощности при коротких замыканиях, обусловленные тем, что в .известных устройствах при возникновении короткого замыкания ток вначале возрастает до тока сраба тывания защиты, затем происходит его ограничение и отключение. В этом слу чае происходит потребление электроэнергии из сети преобразователем, ко торая зависит от начального тока наг рузки и мощности преобразователя,, и потребление электроэнергии устройство защиты. Для мощных преобразователей часто возникающих коротких замыканий эта величина может, быть значительна:.

В предлагаемом устройстве, как только; 53 личина падений напряжений на магнитоди-. произошло короткое замыкание, проис- одах зависит от тока, протекающего по ходит отключение преобразователя, не HIIM, а последний зависит от величины подожидаясь увеличения тока преобразо- перечного магнитного поля, создававателя до тока поскольку контролируется . Предлагаемое устройство повышает надежность преобразователя и быстродействующего устройства защиты, так как практически исключается протекание токов .при коротком замыкании боль шё токов, соответствукщих току срабатывания защиты. Обеспечивается также задержка на срабатывание устройства защиты при перегрузке, которая зависит от величины последней. Время задержки тем меньше, чем больше перегрузки. Это исключает преждевременное отключение преобразователя при кратковременных проходящих перегрузках, а также перегрев вентилей преобразо:вателя и преждевременный выход их из строя, что в конечном итоге тоже повьввает надежность преобразователя. На фиг. 2 представлен датчик 7 скорости изменения тока на выходе преобразователя 1, выполненный на N магнитодиодах с применением операционного усилителя. Магнитодиоды 17 (N+16) закреплены на пластине, помещенной в магнитном поле шины на выходе преобразователя, и расположены на различных расстояниях или под опре деленю 1ми углами к шине. Аноды магнитодиодов 17 (N 4-16) подключе ны к положительной клемме источника питания и, а катоды через соответствующие резисторы (N+17) - 2 (N + 16) подключены к первой пластине конденсатора (2N+17), вторая пластина которого подключена к инвертирующему входу операционного усилителя (2N+18). Выход операционного усилителя (2 +18) через резистор (2N+19) отрицательной обратной связи подключен к Инвертирующему входу операционного усилителя (2-N+18). Общая точка питания операционного усилителя (2N+ia) и источника питания через резистор (2N+20) подключена к неинвертирующему входу операционного усилителя (2N+18). . При подаче питания на схему датчика 7 скорости изменения тока через магнитодиоды 17 - (N+16) в прямом направдении начинает протекать ток, который создает в магнитодиодах 17 - (N+16) падение напряжения. Ве911емого шиной преобразователя. В реэультате изменения тока преобразователя 1 изменяется входное напряжение на левой обкладке конденсатора (2N+ .+17)Ug и, следовательно, напряжение на выходе операционного усилителя (2H-H8) равно ) /Л, где К - R p/H-ja так как операционный усилитель (2N-I-18) совместно с конденсатором () работают в режиме аналогового дифференциатора. Если ток на выходе преобразователя 1 не меняется то сигнал на выходе операционного усилителя (2N-f18) равен нулю. И только при изменении тока преобразователя на выходе усилителя (2N+18) появляется сигнал, величина которого пропорциональна скорости изменения тока преобразователя Pfn,,x . Вмеето магнитодиодов могут быть использованы и другие магнитоуправляемые полупроводниковые элементы., например, магниторезисторы или магнитотранзисторы. На фиг. 3 представлена схема компаратора, выполненного на операционном усилителе (2N+24), а на фиг. 4 - график, поясняющий работу компаратора. Выход операционного усилителя (2N+24) через параллельно соединенные стабилитрон цепи ограничения . (2Ж-25) и диод (214+26) соединен с инвертирующим входом операционного усилителя (2N+24), который через резистор C2N+22) подключен к выходу датчика 7 скорости изменения тока ( , ) преобразователя 1, а через резистор (2N+23) подключен к подвижному контакту переменного резисто ра (2N4-21), на который подается напряжеиие и, общая точка питания опера цион но го усилителя (2Н+24) через резистор (2Н+27) подключена к неинве тирующему входу операционного усилителч (2N+24). Операционный усилитель (2N+24) ра ботает в режиме сумматора с ограничением выходного сигнала. На инвентирукиций вход поступает сигнал и g , пропорциональный 3ц с датчика скорости изменения тока преобразователя и напряяение смещения Ut,op пропорт циональное скорости изменения тока преобразователя при коротком замыкаНИИ (oUf, /с1)к5 .Эти сигналы разнополярны и суммируются операционным 10, усилителем (2N4-24). При нормальном режиме преобразователя Л3„/ Л (с -3я/в()кз следовательно (Unop) (Uexfno величине и на выходе операционного усилителя незначительный по величине отрицательный сигнал -U, , равен падению напряжения на диоде (2N+26). При коротком замыкании / / выходе операционного усилителя (2N+24) появляется положительный сигнал U, , равньй по величине напряжению ограничения стабилитрона (2N+25). На фиг. 5 представлена схема блока регулируемой задержки, выполненная на операционном усилителе (2N+32), а на фиг. 6 - временные диаграммы, поясняющие его работу. Выход операционного усилителя (2N+32) через параллельно соединенные стабилитроны цепи ограничения (2N+33) и диод (2N+34) соединён с инвертирующим входом операционного усилителя (2N+32), инвертирующий вход усилителя (2N+32) через резистор (2N+29) подключен к выходу датчика 8 тока (Uj), через резистор (2N+30) - к подвижному контакту переменного резистора (2Н+28), на который подается напряжение U, а черЬз конденсатор (2N+31) - к общей точке питания операционного усилителя (2N+32), которая через резистор (2N+35) подключена к неинвертирующему входу операционного усилителя (2N+32). Операционный усилитель (2К+32) работает в режиме сумматора с ограничением выходного сигнала. При кратковр(еменной перегрузке преобразователя 1 на выходе датчика тока 8 появляется сигнал, пропорциональный току прейбразователя. Этот сигнал D0X поступает на вход блока реализуемой задержки 11. Непосредственно на входе операционного усилителя происходит суммирование двух сигналов, порогового и напряжения на конденсаторе (2N+31), которые направлены встречно. Напряжение на конденсаторе (2N+31)Uc равно U минус падение напряжения на реэисторе (2М+29) и изменяются по экспоненциальному закону с постоянной времени Т гм+гэ 2N+3i Если перегрузка отсутствует, то /Unop/ |Uc( и на выходе усилителя (2N+32) незначительный отрицательный сигнал AUj. При перегрузке преобразователя 11 /и„рр/ /Uj. / , конденсатор заряжаетс по экспоненциальному закону (фиг. 6) и при равенстве (пор - с выходе операционного усилителя () появляется положительный сигнал. Вр мя задержки на появление сигнала зависит от величины перегрузки (фиг. 6) и тем меньше, чем больше перегрузка, соедовательно, чем боль ше входной сигнал Ugx. На фиг. 7 представлена схема бло ка контроля и сигнализации. Схема выполнена на двух тиристорах 2N+36 и (2N+38), катоды которых подсоединены к отрицательному полюсу источника питания и, а аноды через катушки реле (2N-i:37) и (2N+39) и размыкающую кнопку (2N+40) подсоединены к положительному полюсу U источника питания. При коротких замыканиях сигнал с выхода компаратора поступает на управляющий элект род тиристора (2N+36), тиристор открывается, подключает катушку реле (2N+37) к источнику питания, реле сра.батываёт и Сигнализирует о режим короткого замыкания. При перегрузка сигнал с выхода блока регулируемой задержки.11 поступает на управляющи электрод тиристора (2N+38) и реле (2N+39), срабатывая, сигнализирует о возникновении перегрузки. После устранения аварийного режима необФиг.1 38 ходимо нажать на кнопку (2Ni-40), чтобы привести схему в исходное состояние. Для исключения срабатывания двух реле (2N+37) и (2N+39) одновременно может быть Использована взаимная блокировка. Предлагаемое устройство для защиты преобразователя повьшгает быстродействие и снижает потери мощности .электроэнергии при коротких замыканиях, а также обеспечивает зависимую задержку при перегрузке преобразователя. Кроме того, его прш4енение повьш1ает надежность путем исключения больших токов, протекающих по вентилям преобразователя, а также КПД электроустановки в целом. Использование магнитоуправляемых полупроводниковых приборов в датчике -:,скорости изменения тока позволяет осуществлять контроль скорости изменения тока преобразователя без разрьша силовой цепи, а также повысить безопасность обслуживания преобразователя. Использование операционных усилителей в датчике скорости изменения тока, в компараторе ив блоке регулируемой задержки обеспечивает малое потребление электроэнергии, минимизацию их массо-габаритных показателей и получение всех положительных свойств, присущих микро- схемам.

f

Фиг, 2 % /2HZIbЯПДU U0X HH J Фиг.5 Вы ФигЛ J/fj2 JJ Фиг.6