Устройство для защиты тиристоров преобразователя от перенапряжений Советский патент 1987 года по МПК H02H7/12 

t

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в различных устройств содержащих полупроводниковые вентили .

Цель изобретения - повышение надежности и снижение установленной мощности.

На фиг. 1 приведена схема венти ного узла с устройством для защиты тиристоров; на фиг. 2 - вариант исполнения функционального преобразователя; на фиг. 3 - схема вентилного узла с устройством для защиты с вариантом включения исполнительнго элемента защиты; на фиг. 4 - врменные диаграммы, поясняющие функционирование устройства для защиты тиристоров полупроводникового преобразователя.

Вентильный узел полупроводникового преобразователя с устройством для защиты (фиг. 1) состоит из последо- вательно соединенных вентилей 1-3 (для конкретного случая на фиг. 1 взяты три тиристора ) с параллельно соединенными ограничителями 4-6 напряжения, подключенными к вентилям через три первичные обмотки транс- форматора 7 тока, вторичная обмотка которого подсоединена к входу функционального преобразователя 8, выход последнего через пороговый элемент 9 подключен к исполнительному элементу 10 защиты.

Устройство работает следующим об- разом.

При нормальном функционировании- вентильного узла и при номинальных напряжениях на вентилях 1-3 (фиг.1 ограничители 4-6 не вступают в работу и через первичные обмотки трансформатора 7 тока ток не протекает (см. временные диаграммы фиг. 4). При возникновении каких-либо аварийных режимов, связанных с превьплением напряжения на вентилях номинальногд значения ограничители 4-6 напряжения которые выбираются по максимально допустимому напряжению вентилей 1-3 вступают в работу, ограничивают напряжение на вентилях (U (,j j з фиг. 4) и через первичные обмотки

k.

Uor. I i.

Т Т„

трансформатора 7 тока протекает ток Vpi,5, (фиг. 4).. Импульсы тока через ограничители 4-6- напряжения преобразуются в постоянный- сигнал Ug, нарастающий в функции- их ам

плитуды и скважности, с помощью функционального преобразователя 8. При достижении выходным сигналом порога срабатывания порогового элемента 9 Unop.6 (фиг. 4) последний выдает сигнал Ug на включение исполнительного элемента 10 защиты, снимающего управляющие импульсы Uynp с тиристоров 1-3.

Существенным для надежного функционирования вентильного узла является выбор параметров функционального преобразователя 8. Наиболее рациональным является получение на выходе функционального преобразователя сигнала, пропорционального температуре структуры ограничителей напряжения, которая определяется выделяемой в них энергией W,. выражая эту энергию через напряжение

,ТОК 1

и время

огр

dt,

стоянство Up , рав

W и„

dt. (1)

При отсутствии теплоотдачи в окружающую среду температура структуры ограничителя напряжения Т равна

Т т

W cm

(2)

где Т

с и m температур окружающей среды;

удельная теплоемкость и масса структуры ограничителя напряжения. С учетом теплоотдачи (пренебрегая теплоотдачей излучением) можно записать с учетом (1) и (2)

dt - V, (Т - Т ) t

(3)

31

где у - удельная теплопроводность ограничителя напряжения - среда.

Анализируя формулу (3), можно сделать вывод, что температура структу- ры ограничителя напряжения определяется интегралом тока за вычетом потерь тепла в окружающее пространство.

Одним из вариантов моделирования формулы (3) (т.е. вариант исполнения функционального преобразователя фиг. 1) является исполнение в виде, показанном на фиг. 2 (остальные элементы см. фиг. 1). Трансформатор 7 тока подключен к параллельной RC-це- почке и одновременно к входу порогового элемента 9.

Конденсатор RC-цепочки выполняет функцию интегратора тока ограничи- телей напряжения, т.е. моделирует t

выражение

и

ОГР

I

Ion

ОГР

dt из

cm

(3), а резистор моделирует теплоотдачу в окружающую среду, т.е. выражение Ji (Т - 1,, ) t из формулы (2).

Таким образом,указанная RC-цепоч- ка является функциональным преобразователем сигнала тока ограничителей напряжения в сигнал, пропорциональный температуре последних.

На Фиг. 4 (временная диаграмма Ug) показано как при прохождении импульсов тока через ограничители 4-6 напряжения (фиг. 1) изменяется сигнал на выходе функционального преобразователя 8, отражая нараста- ние температуры структуры ограничителя напряжения. При достижении выходным сигналом (Ug) функционального преобразователя В порога срабатывания порогового элемента 9 ( ) последний вьдает сигнал на включение исполнительного элемента защиты.В функции исполнительного элемента защиты входит снижение напряжения на вентильном узле до допустимого урон- ня, при котором ограничители напряжения еще не вступают в работу и не пропускают через себя ток. Такое снижение напряжения может быть достигнуто, например, с помощью или полного отключения источника питания или частичного снижения величины его напряжения, или изменения режима работы вентильного узла.

5

О 5

0

5

5 0 5 0 5

124 , .

На фиг. 3 приведен вариант выполнения исполнительного пемента защиты. Основная структура и обозначения соответЬтвуют фиг. 1. При возникновении нарушения режима в виде превьше- ния номинального значения напряжения на вентилях 1 - 3 ограничители напряжения 4-6 пропускают через себя ток, ограничивая величину напряжения. Через трансформатор 7 тока и функциональный преобразователь 8 сигнал поступает на пороговое устройство 9, при срабатывании которого включается исполнительный элемент 10 защиты. Исполнительный элемент защиты установлен в цепи управления вентилями вентильного узла и при отсутствии сигнала от порогового устройства 9 пропускает, импульсы управления на вентили 1 - 3. После поступления сигнала от порогового элемента (9) (временные диаграммы U и ичпр|д,э ) исполнительный элемент 10 защиты прекращает подачу импульсов управления на вентили 1 - 3. Как известно, статическое распределение напряжения на вентилях в преобразовательных устройствах по величине всегда меньще напряжения в процессе работы, в частности за счет отсутствия коммутационных перенапряжений. По этой причине после снятия импульсов управления напряжение на вентилях значительно снижается (см. временные диаграммы и,,. фиг. 4) до значения U статического напряжения, режимы перенапряжения над номинальными значениями ликвидируются. В момент снятия управления возможен кратковременный подъем напряжения, который также ограничивается ограничителями напряжения и не снижает надежности работы вентильного узла в целом.

Формула изобретения

1. Устройство для защиты тиристоров преобразователя от перенапряжений, содержащее ограничители напряжения по числу защищаемых тиристоров, предназначенные для подключе- , ния параллельно защищаемым тиристорам, отличающееся тем, что, с целью повышения 1 адежности и снижения установленной мощности, введены трансформатор тока, функ- ционапьный преобразователь, пороговый и исполнительный элементы,причем функциональный преобразователь выполнен в виде соединенных параллельно резистора и конденсатора, первичные обмотки трансформатора тока включены последовательно с соответствующими ограничителями нап ряжения, вторичная обмотка подключена к входу функционального преобразователя, выход которого через

2888126

пороговый элемент соединен с входом исполнительного элемента.

2. Устройство по пп. 1 и 2, о т- личающееся тем, что испол- 5. нительный элемент выполнен в виде

блока запрета управляющих импульсов, .предназначенного для последовательного включения в цепи управляющих электродов защищаемых тиристоров.

фиг. г

Изобретение относится к электротехнике, в частности- к преобраJ зовательной технике, и может быть использовано в различных устройствах,- содержащих полупроводниковые вентили. Целью изобретения является повышение надежности и снижение установленной мощности ограничителей, напряжения. При перенапряжениях импульсы тока передаются через трансформатор тока 7 на функциональный преобразователь 8, моделирующий тепловую постоянную времени защищаемьк тиристоров 1, 2 и 3. При превышении порога срабатывания порогового элемента 9 поступает сигнал на исполнительный элемент 10, снимающий импульсы управления. Установленная мощность ограничителей напряжения 4, 5 и 6 снижается за счет ограничения длительности перенапряжения. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. i (Л (О сх 00 00 го фиг.1

управления

фиг.З

Ф«г.4