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

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам защиты полупроводниковых преобразователей от перенапряжений, может быт использовано при создании источников питания на полупроводниковых вентилях и является усовершенствованием изобретения по авт.ев, № 1288812.

Цель изобретения - повышение надежности устройства в условиях действия длительных перенапряжений.

На фиг.1 приведена электрическая схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие принцип ег 1 аботы.

Устройство запдаты тиристоров преобразователя 1 содержит ограничители 2-4 напряжения, подключенные параллельно вентилям преобразователя, датчик 5 тока, выпрямитель 6, функциональный преобразователь 7, пороговый элемент 8 и исполнительный элемент 9 защиты. Датчик 5 тока выполнен в виде трансформатора тока с тремя первичными обмотками (по числу вентилей и ограничителей напряжения) каждая из которых включена в цепь соответствующего ограничителя напряжения, а вторичная обмотка через выпрямитель 6, функциональный преобразова .тель 7 и пороговый элемент 8 связана с исполнительным элементом защиты. В цепь питания включен выключатель 10, который также может быть связан с исполнительным органом 9 защиты.

Устройство работает следующим образом.

При нормальных режимах работы и номинальных напряжениях на вентилях преобразователя ток через ограничители напряжения чрезвычайно мал и сигнал на вторичной обмотке трансформатора 5 тока близок к нулю (фиг.2). Величина напряжения ограничителей 2-4 напряжения выбирается по максимально допустимому напряжению вентилей преобразователя 1, и в случае возникновения аварийных режимов, сопровождающихся превышением напряжения на вентилях максимально допустимого значения, ограничители 2-4 напряжения вступают в работу. При этом они ограничивают напряжение на вентилях на максимально допустимом уровне Ufl и через первичные обмотки трансформатора 5 тока протекает ток 12 я значительной величины (десятки-сотни ампер) в виде однополярных

5

5

0

5

0

5

0

5

импульсов (фиг.2). Во вторичной обмотке трансформатора протекает переменный ток, по форме воспроизводящий сумму импульсов тока, протекающих через первичные обмотки. Таким образом, при перенапряжениях даже только на одном вентиле на выходе датчика 5 тока возникает сигнал. Этот сигнал, с помощью выпрямителя преобразованный в однополярные импульсы, поступает на функциональный преобразователь 7, выполненный, например, в виде интегрирующей RC-це- почки. При достижении выходным сигналом функционального преобразователя и порога срабатьтания элемента 8 последний вьщает импульсный сигнал Ug, включающий исполнительный элемент 9 защиты, который может либо снять импульсы управления с вентилей преобразователя 1, либо подать непрерывный сигнал отпирания на них, либо отключить преобразователь от источника питания (фиг.1, связь,показанная штриховой линией) .Запрет подачи управляющих импульсов приводит к остановке в работе преобразователя и, следовательно, устранению аварийных перенапряжений, если они вызваны внутренними процессами преобразователя (например, раскачкой напряжений в автономном инверторе). Подача отпирающего сигнала приводит к принудительному включению вентилей и снятию с них напряжения; в этом случае необходимо одновременно ограничение тока вентилей или отключение преобразователя от источника питания. Б третьем варианте прекращение аварийного режима обеспечивается отключением преобразователя от источника питания.

Функциональный преобразователь играет роль аналоговой тепловой модели ограничителя напряжения, входным сигналом которой является энергия тепловых потерь, выделяющаяся в нем, а выходным - температура ограничителя.

Для надежного функционирования устройства существенно правильно выбрать структуру модели и ее параметры. Энергия тепловых потерь W в ограничителе напряжений вьфажается через напряжение U и ток i , протекающий через ограничитель, с помощью формулы i

W 5 Uo-i ,,pdt, (1)

о где t - время.

Поскольку и тоянным.

можно считать пос и

t

о J icrp о

(2)

При отсутствии теплоотдачи в окружающую среду температура ограничителя Т равна

Т Т,

W

га

(3)

где Т - температура окружающей

среды;

сит-удельная теплоемкость и масса ограничителя напряжения. С учетом теплоотдачи, пренебрегая потерями на излучение и используя вьфажения (2) и (3), запишем

+

uJiorpdt-Y Ит-Tjdt

.

огр

,Il

m

-,(4)

где

V - уделкная теплопроводность ограничитель напряжения - среда.

Дифференцируя выражение (4), после некоторых преобразований получим

.l.cs (Т-т,).(5)

Т

Тт

функциональный преобразователь 7 описывается аналогичным уравнением

dUc

dt -

iR,

(6)

Uj. - напряжение на конденсаторе;

i - входной ток, пропорциональный току ограничителя напряжения ;

R - сопротивление резистора;

С - емкость конденсатора.

Очевидно, должны соблюдаться равенства

RC S2

YT

(7)

R -К

Тт

т.

(8)

где К - коэффициент трансформации;

m - масштабный коэффициент. Таким образом, при выборе параметров функционального преобразователя 7 в соответствии с формулами

с. (7) и (8) выходной сигнал Uj, U., функционального преобразователя пропорционален температуре перегрева ограничителей напряжений. Напряжение срабатывания порогового элемента выбирается в соответствии с предельно допустимой температурой перегрева ограничителя напряжения, что позволяет

0 избежать необратимого теплового пробоя последнего.

На фиг.2 (временная диаграмма) показано, что при прохождении импульсов тока 123,+ через ограничители

15 2-4 напряжения (или через один из них) изменяется сигнал U-, Uc на выходе функционального преобразователя 7, отражая в масштабе m нарастание температуры структуры ограничителя напряжения. При достижении сигналом

20

)

е

25

30

35

и порога срабатывания порогового элемента 8 (U пор) последний выдает сигнал на включение исполнительного элемента защиты. Назначение исполнительного элемента 9 защиты - снижение напряжения на вентилях преобразователя для безопасного уровня, при котором ограничители напряжения не пропускают ток и не нагреваются. На фиг.2 приведены временные диаграммы сигнала исполнительного элемента 9 защиты, выполненного в виде схемы запр ета управления вентилями. Начиная с момента t (фиг.2), вступают в работу ограничители 2-4 напряжения, а в момент t, выходной сигнал функ0

5

ционального преобразователя достигает порога, и в результате срабатывания исполнительного элемента 9 пода- ча управляющих импульсов на вентили (фиг.2, диаграмма Ug) прекращается и

преобразователь перестает работать.

Вследствие разряда коммутирующего конденсатора напряжение на вентилях снижается до безопасной величины. .

Существенное значение для нормальной работы устройства имеет выпрямитель 6. Благодаря введению в схему выпрямителя 6 импульсный сигнал, амплитуда которого пропорциональна току ограничителей напряжения, поступает на вход функционального преобразователя 7 не только в течение переходного процесса нарастания тока намагничивания трансформатора, как в известном устройстве, но и при сколь угодно длительном действии перенапряжений. Для измерения полной амплитуды тока может быть использо0

вана схема выпрямителя с удвоением напряжения, в случае использования обычных схем вьшрямления выходной сигнал имеет погрешность, равную среднему значению сигнала первичных обмоток, уменьшенному в коэсМ ициент трансформации раз. Односторонняя проводимость выпрямителя предотвращает разряд конденсатора функционального преобразователя 7 через вторич- ную обмотку трансформатора 5„ При отсутствии выпрямителя постоянная составляющая напряжения на конденса- торе функционального преобразователя приводит к нарастанию тока на- магничивания на вторичной обмотке трансформатора, что вынуждает неоправданно увеличивать габариты трансформатора с целью избежать его насыщения, а также приводит к разряду конденсатора функционального преобразователя через вторичную обмотку. Кроме того, использование двухполу- периодньгх схем выпрямителя 6 упрощает наладку устройства, так как

Редактор С.Пекарь

Раг2

Составитель В.Широков

ТехредМ.Моргентал Корректор Л.Патай

Заказ 5291/52 Тираж 618Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

в этом случае не требуется фазироват сигнал, вторичной обмотки трансформатора 5, т.е. ее включение может быть произвольным.

Использование изобретения позволяет повысить надежность устройства и снизить установленную мощность трансформатора тока. Повышение надежности обеспечивается работоспособностью устройства при любой длительности действия перенапряжений,

Формула изобретения

Устройство для защиты тиристоров преобразователя от перенапряжений по авт.св. № 1288812, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности в условиях действия длительных перенапряжений, введен выпрямитель, включенный между вторичной обмоткой трансформатора тока и входом функционального преобразователя.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам защиты полупроводниковых преобразователей от перенапряжений, и может быть 10 L-I использовано при создании источников питания на полупроводниковых вентилях. Целью изобретения является повышение надежности устройства в условиях действия длительньЬс перенапряжений. При перенапряжениях импульсы тока передаются через трансформатор тока 5 на функциональный преобразователь 7, моделирующий тепловую пос- тоянную времени защищаемых тиристоров . При превышении порога срабатывания порогового элемента 8 поступает сигнал на исполнительный элемент 9, снимающий импульсы управления. За счет введения вьшрямителя 6 обеспечивается независимость условий срабатывания устройства от длительности перенапряжения. 2 ил. с SS (Л с со Сд О 4 4 N)