Устройство для управления вентильным преобразователем переменного напряжения в постоянное с реактивным энергонакопителем на выходе Советский патент 1986 года по МПК H02M7/12 H02H7/12 

выпрямителями и инверторами, а так же преобразователями частоты для синхронного и асинхронного электро приводов. Целью изобретения являет ся уменьшение установленной мощное ти вентильного оборудования и реак тивного энергонакопителя и повышение надежности преобразователя. На первом этапе работы устройства для управления при отключении преобразователя 3 по сигиалу блока защиты 8 за счет элементов И-ИЛИ 26, 27, 28, элемента И-НЕ 24 и элементов гальванической развязки 7, 21 осуществляется включение формирователей управляющих импульсов 14 той фазы многофазного преобразователя 3, один из вентилей которой находился в проводящем состоянии до поступления сигнала с выхода 18 блока защиты 8, что соответствует отf

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано в устройствах для управления тиристорными управляекымн выпрямителями и инверторами, а также преобразователями частоты для синхронного и асинхронного электропривода.

Целью изобретения является уменьшение установленной мощности вентильного оборудования и реактивного энергонакопителя и повьш1ение надежности Преобразователя.

На фиг. I представлена принципи- апьная электрическая схема устройства для управления вентильным преобразователем; на фиг. 2 - диаграммы работы элементов при нормальном отключении преобразователя; на фиг,3 - то же, при аварийном отключении,связанном, например, со сбоем в работе формирователей (пунктиром на фиг,2 и фиг. 3 показаны дйаграммьт токов и напряженнй для известного устройства) .

Устройство для управления вентильным преобразов ателем переменного напряжения в постоянное с реактивным

252881

ключению с минимальной загрузкой вентилей преобразователя 3 аварийными токами. На втором этапе, в случае сбоя в работе формирователей управляющих импульсов 14, после перехода напряжения на шинах 2 постоянного тока преобразователя 3 через нулевое значение и изменения полярности этого напряжения осуществляются блокирование работы формирователей 14 и включение формирователя импульсов короткозамыкателя 5. Таким образом, двухэтапный контроль включения вентилей одной фазы преобразователя 3 позволяет значительно повысить надежность безаварийного отключения преобразователя 3, при этом ток наиболее загруженного вентиля и длительность его протекания не превьш1ают заданных значений. Зил,

энергонакопителем на выходе содержит датчик 1 напряжения на пшнах 2 постоянного тока вентильного преобразователя 3с реактивным энергонакопителем 4 на выходе, формирователь I

5 импульсов короткозамыкателя, выходом подключенный к управляющим входам вентилей 6 и 7 одной фазы

.преобразователя, блок 8 защиты, блок 9 формирования угла управления преобразователем 3, выходом 10 подключенный к счетному входу 1I распределителя 12 импульсов, выходами 13

соединенного с формирователями управляющих импульсов 14 вентилей преобразователя, узел 15 блокирования выходных импульсов распределителя, вход 16 которого предназначен для

подключения через первый развязыва- нвдий элемент 17 к выходу 1В блока 8 защиты. В преобразователь введены второй 19, третий 20, четвертый 21, пятый 22 и шестой 23 развязывающие

элементы, первый 24 и второй 25 элементы И-НЕ, элементы И-ИЛИ 26-28 по

числу вентилей в анодной (катодной) группе преобразователя (для трехфазной мостовой схемы нужко трн

элемента), триггер 29. Одни входы

30 элементов 26-28 подключены к вы- ходам 31 распределителя 12 импульсов, связанным с входами 32 рователёй управляющих импульсов вентилей 6 и 7 одной фазы и венти- лей фаз 33 и 34 преобразователя 3, другие входы 35 элементов 26-28 объединенъ и подключены к вьгходам 36 четвертого 21, пятого 22 и шестого 23 развязывающих элементов. Вход четвертого развязывающего элемента 21 соединен с выходом 37 первого элемента И-НЕ, входом 38 установки триггера в единичное состояние и одним входом 39 второго 25 элемента И-НЕ, другой вход 40 которого соединен с выходом 41 датчика 1 напряжения и входом 42 записи нулевого состояния триггера 29, Выход второго элемента 25 И-НЕ подключен к счет- ному входу триггера 43, одному входу 44 формирователя импульсов корот козамыкателя 5 и входу 45 пятого и входу 46 второго развязывающих элементов. Прямой выход 47 триггера соединен с другим входом 48 формирователя импульсов короткозамыкателя 5 входом 49 шестого 23 и входом 50 третьего развязывающего элемента 20. Выходы первого,второго и третье- го развязывающих элементов объединены и подключены к входу 16 узла 15 блокирования выходных импульсов распределителя. Вход 51 записи единичного состояния триггера соеди- нен с общей шиной, вход первого эле мента И-НЕ соединен с выходом 18 блока 8 защиты и введенным входом 52 блокирования выходных импульсов узла формирователя угла управления 9 преобразователем. Выходы 53-55 элементов 26-28 подключены к дополнительным входам 56-58 соответствующих формирователей управлякяцих импульсов вентилей преобразователя од ной фазы. Р1ины 59 переменного тока вентильного преобразователя 3 через выключатель 60 подключаются к сети 61, которая через фазозадающий транформатор 62 осуществляет синхрони- зацию работы блока 9 формирования угла управления преобразователем, который может состоять, например, из коммутатора 63, сумматора 64 и задающего генератора 65, Элементы гальванической развязки 17, 19, 20 и 21-23 могут быть выполнены либо на трехвходовых логических элемента

И, либо на диодах, анодом подключенных к выходу элементов, а катодом к их входу.

На фиг. 2 приняты следующие обозначения: 66 - напряжение на шинах постоянного тока 2; 67 - напряжение на выходе 41 датчика напряжения I ,

68- ток в звене постоянного тока;

69- Ток наиболее загруженного вентиля короткозамыкателя преобразователя ; 70 - сигнал на выходе 18 блока 8 защитыi 71 - сигнал на счетном входе 11 распределителя 12; 72 - сигнал на входах 35 элементов 26-28 73 - сигнал на входах 30 элемента 26; 74 - сигнал на выходе 53 элемента 26; 75 - сигнал на выходе узла

15 блокирования выходных импульсов распределителя 12; 76 - сигнал на счетном входе 43 триггера; 77 - сигнал на прямом выходе 47 триггера; 78 - ток вентилей 6 и 7 преобразователя.

Устройство для управления вентильным преобразователем переменного напряжения в постоянное с реактивным энергонакопителем на выходе работает следующим образом.

При нормальной работе вентильного преобразователя 3 сигнал на выходе 18 блока 8 защиты отсутствует (единичный потенциал, диаграмма 70), а на выходе 37 первого элемента 24 устанавливается нулевой потенциал, который обеспечивает установку триггера 29 в единичное состояние по входу S 38, блокирование зторот о элемента 25 по входу 39 и блокирование работы элементов 26-28 по входам 35 (диаграмма 72).

В этом случае на входе 16 узла 15 блокирования выходных и myльcoв распределителя устанавливается единичный потенциал (диаграмма 75), так как на входы развязывающих элементов 17-20 также подаются единичные потенциалы, что соответствует деблокированию сдвоенных импульсов управления на выходах 13 распределителя импульсов 12, Кроме того, единичгшй потенциал на входе 52 блока формирования угла управления разрешает прохождение выходных иьтульсов задающего генератора 65 на счетный вход 11 распределителя 12 (диаграмма 71),

Указанное состояние устройства для управления сохраняется неогра

ничейно долго независимо от сигналов поступающих с выхода 41 датчика 1 напряжения и сигналов на выходах 31 распределителя 12,

При этом на выходах 13 распределителя 12 формируются сдвоенные импульсы управления формирователя 14 (напр11мер, широкие импульсы длительностью 120 эл. град.), а на выходах 31 распределителя 12 формируются оди ночные, длительностью 60 эл. град, импульсы управления коммутатором

63 блока 9 формирования угла управления.

По сигналу блока 8 защиты, например, при недопустимо низкой посадке питающего напряжения, короткого замыкания в нагрузке, перенапряжений в вентилях или на шинах постоянного тока преобразователя 13, на его выходе 18 устанавливается нулевой потенциал (диаграмма 70),что приводит к блокированию тактовых выходных импульсов блока 9 формирова ни я угла управления (диаграмма 71), блокированию через развязывающий элемент 17 сдвоенных импульсов управления формирователями 14 и подготовке к работе через первый элемент 24 элементов И-ИЛИ, 26-28 и триггера 29 (диаграмма -72),

Поскольку в результате блокирования выходных импульсов блока 9 форми рования угла управления распределитель 12 сохраняет состояние, предшествующее срабатыванию блока защиты 8, то на одном из его вьпсо- дов 31 имеется нулевой потенциал, а на всех остальных выходах - единичный потенциал. Для определенности будем считать, что нулевой потенциал имеется на одном из входов 30 элемента 26 (диаграмма 73). Так как при срабатывании блока защиты блокировка по входам 35 с элементов 26- 28 снимается (диаграмма 72), то на выходе 53 элемента 26 (диаграмма 74) появится нулевой потенциал, который обеспечивает включение формирователей 14 управлякяцих импульсов вентилей 33 одной фазы преобразовате- ля 3, При этом управляющие импульсы попадутся на вентили той фазы (в данном случае вентили 33), один из вентилей которой находился в проводящем состоянии перед срабатьгоанием блока эащиты,

Таким образом, при отключении вентильного преобразователя, когда

необходимо уменьшить аварийный ток или предотвратить дальнейшее развитие аварии за счет включения корот- козамыкателя - т.е. вентилей одной

фазы преобразователя - сначала включаются штатные формирователи 14 управляющих импульсов в той фазе, вентиль которой до срабатывания блока защиты 8 находился в проводящем состоянии не более одного такта работы задающего генератора 65, что обеспечивает минимальное значение аварийного тока наиболее загруженного вентиля (диаграмма 79). Если

к непроводившему вентилю фазы, формирователи управляющих импульсов которой включены, приложено отрицательное напряжение, то включения этого вентиля не произойдет, а напряжение на выходе вентильного преобразователя начнет уменьшаться по. огибающей линейного напряжения до перехода через нулевое значение (диаграмма 66, сплошная линия). После перехода выходного напряжения преобразователя 3 через нулевое значение, когда к непроводившему вентилю плеча прикладывается положительное напряжение, дальнейшая работа устройства для управления вентильным преобразователем может происходить двумя путями.

X

В первом случае, когда формирователь управляющих импульсов непроводившего вентиля вырабатывает нормальный импульс управления, обеспечивающий включение вентиля, напряжение на шинах 2 постоянного тока вентильного преобразователя после достижения нулевого уровня остается неизменным, ток реактивного электронакопитег ля замыкается на включенное плечо вентилей преобразователя и унень- шаетсяс постоянной времени,определяемой индуктивностью энергонакопителя и активным сопротивлением цепи, по которой протекает ток реактивного энергонакопителя 4 (диаграмма 68).

При этом сигнал на выходе 41 датчика 1 напряжения (диаграмма 67) не изменяет своей полярности, что соответствует нулевому потенциалу на входе 40 второго элемента 25 и входе 42 установки триггера 29 в нулевое состояние. Поэтому второй элемент 25 и, следовательно, триггер 29 не изменяют своего состояния формирователь импульсов короткоаамыкателя

5 не включается и процесс отключения преобразователя происходит наиболее благоприятным образом: минимальная величина тока наиболее за груженного вентиля, минимальная или близкая к ней, длительность протекания аварийного тока (диаграмма 69).

В том случае, если формирователь 14 импульсов управления не обеспечил включение непроводившего вентиля фа- зы преобразователя (например, вследствие сбоя в его работе, посадке напряжения питания, выхода из строя вентиля),то после прохождения напряжения на шинах 2 постоянного тока преобразователя 3 через нулевое значение полярность выходного напряжения преобразователя изменится и к вентилям 6 и 7 преобразователя будет приложено напряжение в проводя- щем направлении.

При изменении полярности напряжения на шинах 2 постоянного тока на выходе 41 датчика 1 напряжения появляется единичный потенциал, что при- водит, соответственно, к появлению единичного потенциала на входе 42 - вход установки триггера в нулевое состояние - к входу 40 второго элемента 25.

В результате этого на выходе элемента 25 появляется синхроимпульс, который воздействует на счетный вход 43 триггера (диаграмма 77). Появление нулевого потенциала на выходе 47 триггера 29 приводит к блокированию через элемент 23 гальванической развязки работы элементов 26-28 и, следовательно, блокированию работы формирователей 14 управляющих импульсов: дополнительно через .элемент 19 гальванической развязки блокируются и сдвоенные импульсы управления формирователями, которые формируются на выходах 13 распределителя.

При этом по входу 48 формирователя импульсов короткозамыкателя 5 осуществляется его включение и он подабт управляющие импульсы на вен- тили 6 и 7 преобразователя. Так как этот формирователь был в резерве, надежность его работы достаточно велика. Включение вентилей 6 и 7 преобразователя приводит к замыка- нию тока реактивного энергонакопи- теля 4 на включившиеся вентили и его дальнейшему затуханию, с той же

5 0

5 0

0 5

5

0

5

постоянной времени, что и в случае включения в качестве короткозамыка- теля вентилей 33 (диаграмма 78).

По входам 45 и 46 элементов гальванической развязки 22 и 19 осуществляется дополнительная блокировка работы формирователей 14 управляющих импульсов на случай сбоя в работе триггера 29, а по входу 44 подается дополнительный сигнал на включение формирователя импульсов короткозамыкателя 5.

После отключения преобразователя, например, по сигналу нуля тока, в силовой цепи устанавливается единичный сигнал на выходе 18 блока защиты и работа элементов возвращается в исходное состояние.

Таким образом, предлагаемое устройство для управления вентильным преобразователем за счет введения дополнительных элементов и триггера обеспечивает двухэтапную работу устройства для управления при отключении преобразователя по сигналу блока защиты.

На первом этапе за счет элементов И-ИЛЙ 26-28 элемента 24 И-НЕ и элементов 21 и 27 гальванической развязки осуществляется включение формирователей 14 управляющих импульсов той фазы многофазного преобразователя, один из вентилей которой находился в проводящем состоянии (но не более 60 эл. :град.| до поступления сигнала с выхода блока защиты, что соответствует отключению с минимальной загрузкой вентилей преобразователя 3 аварийными токами (сплошные линии на диаграммах фиг. 2, пунктирные линии соответствуют токам при включении в качестве короткозамыкателя вентилей одной и той же фазы преобразователя).

На втором этапе, в случае сбоя в работе формирователей 14 управляющих импульсов, после перехода напряжения на ншнах постоянного тока преобразователя через нулевое значение и изменение полярности этого напряжения, осуществляется блокирование работы формирователей 14 и включение формирователя импульсов корот- коза№)Ткателя 5.

Такой режим работы практически гарантирует отключение преобразователя с минимально возможными токами наиболее загруженного вентиля (диаграмма 69), что позволяет выбирать установленную мощность вентильного оборудования преобразователя на значительно более низком уровне (примерно вдвое ниже), чем дпя преоб- разователя с заранее определенными вентилями фазы, используемыми в качестве короткозамыкателя,

Двухэтапный контроль включения вентилей одной фазы преобразова- теля позволяет значительно повысить надежность безаварийного отключения преобразователя (ток наиболее загруженного вентиля и длительность его протекания не превьппает заданных зна чений).

Формула изобретения

Устройство для управления вен- тильным преобразователем переменного напряжения в постоянное с ре- активным энергонакопителем на выходе , содержащее датчик напряжения на шинах постоянного тока преобразова- теля, формирователь импульсов короткозамыкателя, выходом подключенный к управляющим входам вентилей одной фазы преобразователя, блок формирования угла управления преоб- разователем, выходом подключенный к счетному входу распределителя импульсов, выходами соединенного с формирователями управляющих импульсов вентилей преобразователя, узел блокирования выходге 1Х импульсов распределителя, вход которого предназначен для подключения через первый развязывающий элемент к входу блока защиты, отличающееся тем, что, с целью уменьшения установленной моЕшости вентильного оборудования и реактивного энергонакопителя и повышения надежности преобразователя, в устройство введены второй,третий, четвертый, пятый и шестой развязывающие элементыу первый и второй элементы И-НЕ, элементы И-ИЛИ по числу вентилей в анод

ной (катодной) группе преобразователя, триггер,блок формирования угла управления преобразователем снабжен входом блокирования выходных импульсов, а формирователи управля- юпщх импульсов вентилей преобразователя одной фазы снабжены дополнительным входом, причем одни входы элементов И-ИЛИ подключены к соответствующим выходам распределителя импульсов, связанным с входами формирователей управляющих импульсов вентилей преобразователя одной фазы, другие входы элементов И-ИЛИ объединены и подключены к выходам четвертого, пятого и шестого развязывающих элементов, вход четвертого развязывающего элемента соединен с выходом первого элемента И-НЕ, входом установки триггера в единичное состояние и одним входом второго элемента И-НЕ, другой вход которого соединен с выходом датчика напряжения и входом записи нулевого состояния, триггера, выход второго элемента И- НЕ подключен к счетному входу триггера, одному входу формирователя импульсов короткозамыкателя и входам пятого и второго развязывающих элементов, прямой выход триггера соединен с другим входом формирователя импульсов короткозамыкателя и входами шестого и третьего развязывающих элементов, выхода второго и третьего развязывающих элементов объединены и подключены к входу узла блокирования выходных импульсов распределителя, вход записи единичного состояния триггера соединен с общей щи- ной, входы первого элемента И-НЕ предназначены для соединения с выходом блока защиты и соединены с входом блокирования выходных импульсов блока формирования угла управления преобразователем, а выходы элементов И-НЕ подключены к входам соответствующих формирователей управляющих импульсов вентилей преобразователя одной фазы«

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано в устройствах для управления тиристорными управляемыми 3 60 (Л ю О1 ю 00 ОО Фиг.}