Тиристорный преобразователь с защитой Советский патент 1985 года по МПК H02M7/04 H02H7/125 

Устройство относится к силовой преобразовательной технике и предназначено для использования в системах управления технологическими процессами.

Целью изобретения является повышение надежности тиристорного преобразователя.

На фиг. I представлена функциональная схема тиристорного преобразователя (ТП) с защитой; на фиг. 2 - функциональная схема блока диагностики; на фиг. За - функциональная схема фазосдвигающего блока каждой фазы СИФУ; на фиг. 36 и в - варианты выполнения датчиков проводимости на оптроне и датчике тока соответственно; на фиг. Зг - схема выполнения блока управления отключением автоматического выключателя; на фиг. 4 и 5 - временные диаграммы сигналов элементов преобразователя.

В состав ТП (фиг. 1) входят мостовая двухфазная схема силовых тиристоров 1-6 с датчиками 7 и 12 проводимости, вспомогательная мостовая трехфазная схема, содержащая тиристоры 13-18, с датчиками 19-

24проводимости, блоки нагрузки силовой

25и вспомогательной 26 мостовых трехфазных схем, автоматический выключатель 27 и блок 28 управления его отключением, система импульсно-фазового управления (СИФУ) 29 с входом 30 для подключения источника сигнала управления (Т) и входные клеммы ЗАПРЕТ 31 и 32, выходные клеммы 33 СИФУ для подключения к управляющим электродам тиристоров силовой и вспомогательной мостовых трехфазных схем, блок 34 с входными 35-46 и выходными 47 и 48 клеммами, содержащий (фиг. 2) элементы РАВНОЗНАЧНОСТЬ 49-54, семивходовые элементы И-НЕ 55 и 56, элементы НЕ 57 и 58 селекторы 59 и 60 длительности импульсов, ключевой элемент 61 с размыкающим и замыкающим контактами, клемму 62 для подключения источника сигнала логической «1.

Связь выходов 33 СИФУ 29 с управляющими электродами тиристоров 1-12 на фиг. 1 не показана с целью упрощения функциональной схемы ТП.

Структура СИФУ 29 (фиг. За) предполагает наличие для каждой фазы фазосдвигающего устройства с формирователем 63 импульсов элемента ЗАПРЕТ 64, импульсного трансформатора 65, элемента ИЛИ 66 с входами 31 и 32. Вторичные обмотки трансформатора 65 через диоды подключаются к управляющим электродам соответствующих тиристоров (например, 1 и 13) силовой и вспомогательных схем ТП. Наличие сигнала логической «1 на одном из входов 31 и 32 элемента ИЛИ 66 приводит к формированию на его выходе напряжения логической «1, что обеспечивает нулевой уровень сигнала на выходе элемента ЗАПРЕТ 64 независимо

от величины сигнала на выходе блока 63 (СИФУ и формирователя импульсов фазы). Датчики проводимости 7-12 и 19-24, тиристоров могут быть реализованы на оптро не 67 (фиг. 36) с диодом 68 и резисторами 69 и 70 либо на базе датчика тока (фиг. Зв) с щунтом 71 и усилителем 72. На фиг. 1 они изображены в виде блоков, подключенных параллельно тиристорам. Когда силовой или вспомогательный тиристоры находятся в открытом состоянии, выходной сигнал датчика проводимости соответствует уровню логической «1, а когда тиристор закрыт - логическому «О.

с Блок 28 (фиг. 1) содержит реле с обмотками 73 и 74 (фиг. Зг). При наличии сигнала логической «1 хотя бы на одном из входов 75 и 76 блока 28 автомат 27 (фиг. 1) размыкается (логическая функция ИЛИ). Выходной сигнал элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ 49-54 (фиг. 2) соответствует уровню логической «1, если на их входах знаки (уровни) сигналов совпадают. Если уровни воздействий на входах (35,36), (37, 38),(39, 40), (41,42), (43,44), (45, 46) не

5 совпадают (логическая «1 и логический то выходной сигнал блоков 49-54 равен нулю.

Элементы 55 и 56 реализуют функцию И-НЕ, т.е. если хотя бы на одном из их входов сигнал равен логическому «О,

0 выходное напряжение блоков 55 и 56-равно логической «1. Элементы 57 и 58 формируют на выходе сигнал логической «I, если их входной сигнал равен нулю.

Выходной сигнал селекторов 59 и 60 длительности импульсов равен логической

«1 только в том случае, когда длительность импульса на входе превышает заранее выбранную величину. Если длительность импульсов на выходе блоков 55 и 56 меньше некоторой заданной величины, сигнал на выходе

„ элементов 59 и 60 равен нулю.

На фиг. 1-4 обозначены yj(t)) сигналы с выходов элементов 7-60 соответственно.

Устройство работает следующим образом.

Тиристоры 1 -6 образуют силовую трехфазную схему выпрямления напряжений сети i(t), Ve(t), Vc(t). Группа тиристоров 13-18 составляет вспомогательную маломощную мостовую схему, конфигурация которой полностью соответствует силовой мостовой схеме ТП.

Тиристоры (1 и 13), (3 и 15), (5 и 17), (6 и 18), (2 и 14) и (4 и 16) управляются синхронно от СНФЦ 29, которая преобразует сигнал X(t) (клемма 30) и импульсы управления тиристорами, положение которых во времени по отношению к направлениям VA(t), Vj(t), Vc.(t) зависит от уровня управляющего воздействия X(t) ТП.

Нагрузка 26 является аналогом основной нагрузки 25 ТП..В дальнейшем предполагается, что блоки 25 и 26 являются чисто активными.

При работосиособности всех элементов схемы режимы работы тиристоров основного и вспомогательных мостов идентичны.

Предположим, что угол с(. формирования управляющих импульсов тиристоров tXHOBHoro и вспомогательных мостов ТП равен нулю (фиг. 4, режим неуправляемого выпрямителя). Тогда в интервалах времени, ограниченных точками естественной коммутации 1-3, 3-5, 5-1 (фиг. 4а), в проводящем состоянии находятся тиристоры 1, 3, 5 и 13, 15, 17 катодной группы мостов, а в интервалах времени 2-4, 4-6 и 6-2 - тиристоры анодной группы этих мостов. В этом случае на выходе датчиков проводимости возникают сигналы логической «1 в определяемой последовательности (см. табл.).

В результате на входах элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ 49-54 (фиг. 2) уровни входных воздействий в правильно функционирующей схеме силовых мостов ТП все время совпадают, поэтому напряжения на выходах элементов 49-54 равны логической «1 (фиг. 4о). При этом сигнал на выходах 47 и 48 блока 34 (фиг. 1 и 2) равен нулю.

Предположим, что в момент времени to (фиг. 46) выщел из строя тиристор 1 основного моста ТП (разрыв его цепи). Тогда сигнaлЧY(t) на выходе датчика 7 становится равным нулю и в течение времени на входах элемента 50 имеет .место несовпадение уровней сигналов y/it) и Uig (t) (фиг. 46, в). Это вызывает появление на выходе элемента 50 сигнала 4so (t) логического «О (фиг. 4п - сплощная линия), а на выходе элементов 55 и 56 сигналаУ55() логической «1 (фиг. 4п - пунктир).

По истечении времени Af (фиг. 4р) на выходе селекторов 59 и 60 формируется сигнал логической «1, который при воздействии на в.ходы 31 и 32 СИФУ 29 (фиг. 1-За) с приводит к прекращению формирования управляющих и.мпульсов тиристорами основного и вспомогательного (эталонного) мостов. Одновременно с этим сигнал (t) i}sci (t) (фиг. 2, 4р) воздействует на блок 28 (фиг. 1) и выключает автоматический

О выключатель 27.

Таким образом, происходит отключение неисправного ТП и предотвращение «кратной неисправности в устройстве, т.е. такой неисправности, когда одиночная неисправность (в данном случае тиристора I) вызывает появление других неисправностей в схеме силового блока ТП.

При появлении сигнала логической «1 на выходе селектора 59 длительности обеспечивается нулевой уровень напряжения на

0 седьмом входе элемента И-НЕ 56, который переходит в единичное состояние. Сигнал (t) логической «1 вызывает на выходе элемента 58 сигнал логического «О, который «дублирует сигнал логического «О с выхода элемента 50.

Таким образом, при одиночной неисправности в схеме моста ТП минимум на два входа элементов 55 и 56 подается сигнал логического «О, что, во-первых, фиксирует их в состоянии логической «I до того времени, пока в ТП не будет устранена неисправность, а, во-вторых, обеспечивает высокую надежность блока 34 диагностики (фиг. 1 и 2) за счет взаи.много дублирования элементов 55 и 56. Если в процессе работы один из них оказывается неисправным, то

5 блок 34 все равно будет работосопособным, т.е. сохранит свои свойства контролировать работу силовых тиристоров путе.м сравнения их состояний с состояниями тиристоров вспомогательного моста.

Предположим, что один из элементов 49-54 (фиг. 2) оказался неисправным и принял неуправляемое нулевое состояние. Для схемы диагностирования эта ситуация эквивалента неработоспособности одного из тиристоров основного или вспо.могательного мостов, что влечет за собой отключение ТП от напряжения сети. Тем самым соблюдается один из основных принципов самодиагностирования вентильного преобразователя - неработоспособность любого элемента схемы должна вести к отключению всей структуры.

Предположим, что один из элементов 49-54 (например 50) оказался неработоспособным и находится в неуправляемом единичном состоянии. Такая ситуация эквивалентна работоспособности вентилей 1 и 13 (фиг. I), а точнее - отсутствию контроля за их состоянием.

Тогда в случае к.з. в цепи одного из этих вентилей в соответствующем мосте появится «кратная неисправность, в результате которой на выходе одного из элементов 49 или 51-54 появится сигнал логического «О. В результате произойдет срабатывание выключателя 27.

Если неработоспособным окажется один из датчиков проводимости тиристоров (неуправляемое состояние «О или «1), то защита преобразователя также сработает максимум за время, которое ограничено точками 1-3-5-1 (фиг. 4 б-р).

Защита ТП реагирует также и на неработоспособность любого из вентилей или датчиков проводимости вспомогательного мостаДля перевода схемы блока 34 (фиг. 1 и 2) в исходное состояние необходимо ключ 61 перевести в положение, при котором его замыкающий контакт замыкается.

В этом случае на выходе блока 34 формируется сигнал логического «О (на его входах сигналы логической «1, так как после ремонта все элементы схемы исправны), который приводит к появлению сигнала логической «1 на выходе элемента 58 и переключению элемента 55 в нулевое состояние, а элемента 57 - в единичное. При возврате ключа 61 в исходное состояние схема готова к контролю состояний элементов силового моста ТП.

Учитывая, что узел защиты (диагностирования) состояний вентилей ТП функционирует на базе логической обработки информации, он обладает высоким быстродействием, ограничивающимся на практике динамическими параметрами датчиков проводимости.

Следует отметить также повыщенную помехоустойчивость блока 34, так как при обработке первичной информации с датчиков проводимости тиристоров используется алгоритм типа РАВНОЗНАЧНОСТЬ, исключающий необходимость в использовании элементов памяти (триггеров), обладающих низкой помехоустойчивостью, в частности к сигналам импульсных помех со стороны питающего напряжения.

Селекторы 59 и 60 длительности импульсов (фиг. 2) введены в схему ТП для исключения ложных срабатываний блока 34. Последнее является результатом неидентичности параметров датчиков проводимости и самих тиристоров основного и вспомогательных мостов.

Предположим, что сигналы yr(t) (фиг. 5а) nyi9(i) (фиг. 56) на выходе дат чиков 7 и 19 (фиг. 1) достигают минимального уровня (мин «1) логической «1 в раз0 ное время из-за неидентичности своих характеристик.

Тогда на выходе блока 50 (фиг. 2) будут наблюдаться «провалы напряжения У (t) (фиг. 5в) длительностью Д1я, а на

5 выходе элемента 55 - импульсы логической «1 (фиг. 5г), которые приводят к ложному отключению схему ТП.

При появлении сигнала y.5J(t) селектор 59 (фиг. 2) переходит в единичное состояние только в том случае, если длительность

0 импульса У55 (t) не менее чем 1(фиг. 5г, д), т.е. только тогда, когда сигнал if(i) является с достаточной степенью достоверности не следствием разброса параметров элементов схемы, а результатом ее неработоспособности.

3fl

V cucpf/ 23

3

12 I-fi

вымЗ

±«

V///////////////////////////M:

.I

а

Фиг. 5

ТИРИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ЗАЩИТОЙ, содержащий блок силовых тиристоров, выполненный по трехфазной моСтовой схеме, датчики проводимости силовых тиристоров, систему импульсно-фазового управления и блок отключения преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности тиристорного преобразователя, в него введены блок вспомогательных тиристоров, выполненный по трехфазной мостовой схеме, с собственным блоком нагрузки и с датчиками проводимости тиристоров, шесть элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ, два семивходовых элементаИ-НЕ, два селектора длительности импульсов, два элемента НЕ, ключевой элемент с размыкающим и замыкающим контактами и источник сигнала логической «1, а блок отключения преобразователя содержит автоматическнй выключатель на первичной стороне блока силовых тиристоров и блок управления его отключением, причем блок вспомогательных тиристоров подключен первичной стороной к тем же фазам напряжения питания, что и блок силовых тиристоров, а управляющие электроды вспомогательных тиристоров - к тем же выходам системы импульсно-фазового упр.чвлония, что и управляющие электроды силовых тиристоров, при этом выходы датчиков проводимости первых, вторых и третьих тиристоров катодной груп11 1 блоков сил()В1;1х и вспомогательных тиристороп подключены к соответствующим входам первого, второго и третьегч) элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ соответственно, а гл 1холы датчиков проводимости первых, вторых и третьих тирпсторон анодной группы блоков силовых II вспомогательных тиристоров подключены к соответствующим входам четвертого, пнюго и иччтого эле.ментов РАВНОЗНАЧНОСТЬ, выходы каждого элемента РАВНОЗНАЧНОСТЬ соединены с i соответствующими входами первого и второго семиЕ ходо1Илх элементов Н НЕ. выхоСЛ ды которых соответственно черен первый и второй селекторы длитс-лыюсш импульсов с: ПОДКЛЮЧУ) к псрвому И второму )Х(дам блока управ.чения отключе(пем автоматического выключателя и соединены с соответствующими входами сйстемь имг ульснофазового у1 равлеппя, выход г ервого селектора длительности соединен с седьмым вхоо дом второго семивходоного элеме)та И--НЕ со через последовательно включенные первый элемент НЕ и размыка ощий контакт ключевого элемента, зам,1кающ 1Й контакт которого соединен с источником сигнала логичеел ской «I, а выход второго селектора длительности подключен к седьмому входу первого семивходового элемента И - НЕ через второй элемент НЕ.