Устройство для защиты тиристорного преобразователя от минимального напряжения с выдержкой времени Советский патент 1987 года по МПК H02H7/12 

i i:uu))C ;4 iiiie о i ;1о: 1пч./i к , К Чт;): гел11 И-;е, a имсшк) к nneo6pa3(;i-ia i-c;ibiiOii технике, и ,к,1жот быть использовано в системе згпни- ты aivi-OHONiiioro инвертора для автолгати-- ческосо повторно ж/иочения ири посадках готм для элек1 роиривода иеремениого тока.

И.ель изобретения ионьинеиие чости )аб()ты устройства для защить.

Па чертеже нредставлена ф-уикциональ- 1ая скема устройства для защиты тирис- т()()1 о ноеобразователя от мииима.аыюго иа11ряже :мя с вЬ) врем1 ии.

) Д;1Я ЗаИ1ИТЫ состоит из М.СТО

пика I питающего напряжения, источника 2 опорного наиряжения. выходв которых нод- соединеив к дифференииа.льнв1|М входом iie|)- Bt)ro и ii i4)()oi o KO vUiapaTopoB 3 и 4. иос.ю- довате. 1Ы1о соединеннв1х относительно да .л;ара-:Ч)ра 4, одновиб Што)а 5, к. поча 6, ИОДСОСДИИСИИ01-0 нараллелык) источнику I питающего пан ряжения, носледова сс. идю с)ед.пнеи1; лх отиоснтелы.о вьгхсда компаратора 3 мажо|)итарного элемента 7, вьтол- неиногс нанример, в ви,чс „ югической схемы 561 ЛП 13, ключа 8, резисто|)а 9 выдержки д ре: Лен11, удерживающего кочденеа- тора 10, порогового б.юка И, к.тюча 2, 1 Я- | ри1 ге|, 1а 13, иое:1едователвио сосдинеи.|х киоиок «С/гои 14 и «IlycK 15, об1иая

Г1Г)Яжений cooTBCTCTiKMiHO. ключа 16, подсос - дииеииого между иотеиииа.тьиой точкой кио1И-;и «(.тон 14 и иотеициа. илгой точкой времязадающих резистора 9 вьгчержки меми и держиваюи1е1-() конденсатора 10, ии- |;ертора 7, BK. uoHeiiiioro между иотенииа, точкой киоики «Пуск 15 и 5торы 1 входом мажор1ггариого элемента 7. иуеког 01 ;1 1 -сг| )ирую1ией (-неиочки 18, точка э. смемтов которой соединена с входом S RS- тригге::а 13. формирователя 9 имиулвсо к иол,:-;люченно1 о между вВ1 ходом 1 омиаратора 3 и входом S RS-триггера 13, усидителя- diO| iMHp()Ba,Te, 2(1, нодсос;,ннс1П1Ого к прямому выходу R RS-триггера 13.

Источнг1К 1 иитаюнкд о наиряжения это обо1чно нестаби.лизироваиш й мч()1-офа;::- иый В1тирямитель с пульсациями па г,ыхо;1с за 111та1П ЫЙ через )й траисфор - мато) от матстрали собствеип ;1х нужд ти- piievopHOi o иреоб|1азовате;1я. Источник онор- )я чсния предоставляет собой стаби- :;а11ный источ|п;к 1 апряже1 ия, I i сзос выходное на.нряжение ири спа- |;ходл1ого напряжения ог1ред(-- ) , т. е. с задержкой относг;- пзмснения входногч) напряжения. К.омпарат огя, 3 и 4 нанряжепи;; нредстав- . 1ЯЮТ еобой об1)1чные операционные усп.тите- . 1и, выиолняюгпие операцию сравнения вхо.ч- ньгх сн -н;1лов по току или. паиряжению. Однс- вг;братор 5, формирователь 19 импу. 1ьсоз представ,THiOT собой «укоротители (формирователи) и.мпульсов определениой д,тительнос

0

5

0

5

0

5

0

5

ти, реагирующие па перепады напряжения компараторов 4 и 3 1 аиряжения соответственно из отрицательного (нулевого) уровня в положите.чьпый, и выпо,1пяютея обычно на логических микросхемах. Одновибратор 5за- иитан от отдельного источника питаюахего наиряжеиия, имеюще.г о постоянную времени разряда большую, чем источник 1 питающего паирижепия. Мажоритарный элемент 7 с тремя входами представляет собой логический блок, выдающий сигнал «1 па выходе ирп наличии не менее двух сигналов «1 иа входах, и можт быть реализован на логических элементах. Ключи 6,8,12 и 16 пред- став;1яют собой бесконтактные коммутирующие транзисторные элементы, управляемые током или напряжением, обеенечивающие передачу входного сигнала или запрет ее ирохождеиия на выход (вынолняют- ся обычно или па интегральных элементах, нанример на серии К 561, или на нолевых транзисторах). RS-триггер 13 цредетавляет собой э.ле.мепт памяти е дву.мя уцравляюнгими входами R п S, управляемый уровие.м «О .и;1и «1 (для данного с.тучая уровпе.м сигпала «О), и вьпюлпен также на интегральных элементах. Усилк- 1ель-формирователь 20 представляет собой набор силовых траь зпсторных ключей (например, на составных транзисторах КТ829), которые управ;1яют различны.ми испольш- тельными эле.ме1гга.ми (типа реле онтронов, контакторов и т. д.) от формирователей импульсов различной длительности и с различной задержкой, заиускаемых в момент переключения RS-Tpnri epa 13, Пороговый блок 1 1 может представ,, например, в простейшем случае стабилитрон, наличие сигиа.ла иа выходе которого при нревыше- 1П1П входным си1Д1алом заранее задаппого уровия вызывает проводимость ключа 12. По- ро -овый блок 1 1 с ключом 12 может быть обТ)единеп в один элемент (панример, выполнен в виде полевого транзистора с изо- .лированным затворо.м с онределеппы.м уров- не,м отеечки, задаваемы.м токо.м па подложку iio;ieBoro транзпстора). Ключ 12 обычно подгружен на сог ротпвлепие (является эмнттерпым повторителем), чтобы в отсуст- ствие его проводимости на входе R RS-триг- I epa 13 бьгт зафиксирован пу.тевой потенциал.

Уетройство работает следуюндим образом. При подаче напряжения «собственных нужд на тристорный преобразователь появляются напряжения па выходах источников и 2 питающего и опорного напряжений соответственпо. Так как з нор.маль- пом рабочем состоянии «выставленное на- 1ряженпе источника 1 пптаюпцего напряже- пия бoльпJe величины уставки источника 2 опорного напряжения, то компаратор 3 находится в соетоя ии «1 по выходу. RS-триггер 13 находится в состоянии «О, так как ключ 8 закрыт, удерживающий конденсатор 10 разряжен, пороговый блок 11 закрыт, ключ 12 закрыт и на установочном входе R RS-триггс- ра 13 присутствует «О потенциал. На выходе мажоритарного элемента 7 «О потенциал, так как с выхода инвертора 17 и с прямого выхода RS-триггера 13 подаются уровни напряжения «О. При кратковременном иа- жатии кнопки «Пуск RS-триггер 13 перекидывается в состояние «1 за счет нодачи сигнала «О к входу S, так как удерживающий конденсатор 10 быстро заряжается до уровня «1 (во время нажатия кнопки) через открытый ключ 8 от источника 1 питающего, напряжения. Ключ 8 открылся уровнем «1 с выхода мажоритарного элемента 7, так как нри нажатии кнопки «Пуск на его вход подаются две «1 с выхода компаратора 3 и с выхода инвертора 17. При достижении напряжения на удерживающем конденсаторе 10 уровня срабатывания порогового блока 11 последнее открывает ключ 12, и на выходе RS-триггера 13 появляется уровень «1 (напряжение источника 1 питания). Перекидывание RS-триггера 13 в состояние «1 вызывает срабатывание усилителя-формирователя 20 согласно заданному режиму включения, что приводит к включению тиристорного преобразователя. При необходимости выключения тиристорного преобразователя необходимо нажать кнопку «Стоп, что вызовет открывание ключа 16, через который удерживающий конденсатор 10 быстро разрядится, пороговый блок 11 выключится, ключ 12 закроется, на входе R RS-триггера 13 появится сигнал «О, RS-триггер 13 перекинется в состояние «О, ключ 8 запрется, так как на выходе мажоритарного элемента 7 сигнал «О. Напряжение уставки источника 2 питающего напряжения выставлено так, что при понижении питающего напряжения больше, чем на 15%, напряжение источника 2 опорного напряжения больн;е напряжения уставки источника 1 питаюнгего напряжения и компаратор 3 переключится в состояние «О. Поэтому при кратковременных посадках напряжения (например, больще 15%, но меньше 70%) ПОЯВЛЯЮП-1.ИЙСЯ сигнал «О на выходе компаратора 3 переключит RS-триггер 13 в состояние «О и тиристорный преобразователь выключится, т. е. выключится силовой автомат, прекратится подача питания на выходные формирователи импульсов управления автономным инвертором, по сигналу сеточной защиты прекратится подача импульсов управления выпрямителем. При этом допустить продолжение подачи управляющих импульсов на автономный инвертор и выпрямитель в тиристорном преобразователе частоты нельзя при напряжении сети ниже 15%, так как в этом случае неизбежны пропуски, помехи по цепям формирования управляющих импульсов, что вызовет аварийные режимы в автономном инверторе. При восстановлении питающего напряже5

ПИЯ ;io номина;1Ы10го значения компаратор 3 иерек.тючится но выходу в состояние «1, положительный перепад напряжения компаратора 3 (из состояния «О в «) вызовет появление па выхо;1,е формирователя 19 узко- го нулевого импульса, который по входу S переключит RS-триггер 13 в состояние «1 и тиристорпый преобразователь частоты автоматически включится по заданной последовательности включения без нажатия кноп0 ки «Пуск. Таким образом произойдет автоматическое HOBTOpi oe включение при кратковременных импульсных неглубоких посадках напряжения сети. При глубоких посадках напряжения сети (например, болыне 70% UHOM) компаратор 4 переключится состояние «О (его напряжение уставки выставлено, например, на напряжение 0,, сигна.пом «О запустит одновибратор 5, который за- питан от отдельного источника питания с больн1ей постоянной времени, чем источн11к 1

0 питаюпдего напряжения. Одновибратор 5 вырабатывает короткий импульс (длительностью 0,2-0,5 с), который открывает к,:ноч 6, быстро и полностью разряжаюии й источник напряжения. Таким образом, нл всех элементах данно1 о устрО11ства напряжение

5 .питания становится равным нулю. Аналогично все произойдет и при полном пропадании напряжения сети в течение меньше установленного времени (например, не меньше 3 с.). Тиристорный преобразователь выключится, все обесточено, но на удержи ваюи1ем конденсаторе 10 сохранится потен- циа, 1 «1, так как постоянная времени разряда равна 3 с, где R -- резистор выдержки времени, а С -- удерживающий конденсатор И). Конденсатор 10 в течение времени выдержки постепенно разряжается

на резистор 9, но в конце установленного времени (3 с) панряжение на конденсаторе 10 ен1,е больн1е уровня срабатывания порогового блока 11. При появлении питаю- niero напряжещ .я (через время мемыне 3 с)

0 на вход R RS-григгера 13 через открытый ключ 12 пороговым блоком 11 подается напряжение питания, т. е, уровень «1, а пе напряжение на конденсаторе 10, поэтому нулевой импульс п.о входу S RS-трнггера 13 с выхода конденсатора интегрирующей RC-це- ,

5 почки 18 нереключит RS-триггер 13 в состояние «1 и тиристорный преобразователь таким образом автоматически включится без нажатия кнонки «Пуск. Удерживающий конденсатор 10 в да,тьнеГппем начнет подзаряжаться от источника 1 питающего па пряжения, так как «1 на выходе мажоритарного элемента 7 откроет к,1юч 8. Если полное пропадание напряжения сети продлится больи1е 3 с, конденсатор 10 разрядится через резистор 9 выдержки времени

- до уровня, меньше уровня срабатывания по рогового блока 11, ключ 12 будет закрыт,

на входе R RS-rpnri epa 13 будет нулевой

потенциал и при восстановлении питающего

напряжения пулевой импульс с выхода пусковой интегрирующей RC-цепочки 18, приложенный к входу S, не 1ереключит RS-триг- гер 13 в состояние «1. Автоматическое повторное включение преобразователя не произойдет. При необходимости обеспечения времени выдержки 3 с удерживающий конденсатор 10 может быть выбран очень малой величины при больном резисторе 9 независимо от типа применяемых интегральных микросхем, так как емкость 10 фактически включена па вход эммитерного повторителя, обладающего больилим входным сопротивлением, построенного на ключе 12 и сопротивлении на входе R RS-триггера 13 (не показано).

Таким образом, предлагаемое устройство защиты тиристорного преобразователя от минимального напряжения с выдержкой времени обладает повыщеппой надежностью работы по сравнепию с известным устройством за счет введения второго компаратора, одновибратора, двух ключей, порогового устройства посредством обеспечения падежного запуска RS-триггера при глубоком (в диапазоне О-0,3 Оном) понижении сети, во время которого питание элементов системы управления не снизилось до нуля из-за конечного времени разряда источника питания и пусковая интегрирующая RC-цепочки может вырабатывать неполноценный (нулевой) импульс из-за наличия остаточпого напряжения на емкости за счет формирования одновибратором 5, запускаемым компаратором 4, импульса конечпой длительности, открывающего ключ б, полностью обнуляющего источник 1 питания. При этом обеспечивается четкий запуск RS-триггера «0 -импульсом с емкости пусковой це почки 18 - четкое (без появления ложных коротких импульсов па выходе) срабатывание RS-триггера 13 в момент появления па- пряжения сети через время, меньп1ее установленного, за счет подачи на R-вход RS-триггера 13 уровня «1 {напряжения питания, а не плавно меняющегося напряжепия, как в известном устройстве) через пороговый блок 11 и ключ 12. Кроме того, обеспечена подача па вход R RS-триггера 13 уровня напряжения, всегда меньп1его уровня питания, и отсутствие подачи потенциала с удерживающего конденсатора на вход микросхе.м при отсутствии питания, что гарантирует надежную работу устройства в случае применения интегральных микросхем комплементарных МОП-транзисторных структур, не допускающих подачу входного напряжения раньще питающего. При применении данного устройства уменьшаются габариты устройства автоматического повторного включения за счет уменьщения величины емкости при

ВНИИПИЗаказ 1401/51Тираж 619Подлисное

Производственно-полиграфическое пре.цприятие. г. Ужгород, ул. Проектная, 4

использовании интегральных микросхем с малым входным сопротивлением, например серии N° 511, так как удерживающая емкость включена на вход порогового устройст- ва, выполняющего роль эмиттерпого повторителя.

Формула изобретения

Устройство для защиты тиристорного

преобразователя от .минимального напряжения с выдержкой времени, содержащее источник питающего напряжения и источник опорного напряжения, выходы которых подсоединены к соответствующим входам первоf го компаратора, последовательно соединенные кнопки «Пуск и «Стоп, обп1ая точка которых соединена с источником опорного напряжепия и источппком питающего напряжения, выход которого соединен с входом первого ключа и выводом резистора пуско0 150Й интегрирующей RC-цепочки, мажоритарный элемент, первый вход которого соединен с выходом первого компаратора, соединенным с входом R RS-триггера и входом формирователя импульсов, усилитель-формирователь, вход которого подключен к пря мо.му выходу RC-триггера, пОлТключенному к второму входу мажоритарного.элемента, третий вход которого через инвертор соединен с выводом кнопки «Пуск и с зходом S RS-триггера, а выход мажоритарного

„ элемента соединен с управляющим входо.м первого ключа, выход которого соединен с выводом параллельпо соединенных удерживающего конденсатора, резистора выдержки времени и второго ключа, другой вывод которых подключен к общей точке

ej кнопок «Пуск И «Стоп, к которой также подсоедипены вывод конденсатора пусковой интегрирующей RC-цепочки, причем общая точка элементов пусковой интегрирующей RC-цепочки и выход формирователя импульсов соединены с входо.м S RS-триггера,

0 а управляющий вход второго ключа соединен с выводом кнопки «Стоп, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы, в liero введены второй компаратор, третий ключ, четвертый ключ и пороговый блок, причем входы второго ко.мпа- ратора соединены с выходами источников питающего и опорного напряжений, а выход через одновибратор соединен с управ- .яющим входо.м третьего ключа, включенного параллельно источнику питающего напряQ жемия, вход порогового блока подсоединен к первого ключа, а выход порогового блока подключен к управляющему входу четвертого ключа, вход которого подключен к выходу источника питающего напряжения, а выход - к входу R RS-триггера.

5

Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразовательной технике, и может быть использовано в системе защиты автономного инвертора для автоматического повторного включения при посадках сети для электропр 1вода переменного тока. Це. изобретения является повышение надежности работы устройства д,1я защиты. Поставленная пель достигается посредством обеспечения 1 адежного запуска RS-триггера 13 iipn глубоком понижении нанряжения сети, во время которого питание элементов системы управления пе снизилось до нуля из-за конечного времени разряда источника П1ггания 1 и RC-цепочка 8 может вырабатывать ненолноценпый (нулевой) имнульс из-за наличия остаточного напряжения на конденсаторе RC-цеиочки 18 за счет формирования oднoвибpaтopo i 5 запускаемым компаратором 4, импульса конечной длительности, открывающего ключ 6, полностью обнуляющего источник питания 1. При этом обеспечивается четки запуск RS-триггера 13 «О ;-импульсом с конденсатора RC-цепочки 18 - четкое срабатывание RS-триггера 13 в момент появления напряжения сети через вре.я, меньн1ее установленного, за счет подачи на R-вход RS-триггера 13 уровня «1 через пороговый б. юк И и ключ 12. 1 ил. (О