Устройство для защиты автономного инвертора напряжения Советский патент 1989 года по МПК H02H7/12 

СП

со

Изобретение относится к электротехнике и может 6ыть..использовано для защиты автономных инверторов напряжения, например для тяговых с электроприводов,

Цель изобретения-- расширение функциональных возможностей устройства для защиты автономного инвертора напряжения путем ограничения тока Ю автономного инвертора напряжения в рабочих и аварийных режимах при изменении знака напряжения на его входе.

На фиг.1 изображена схема автоном- 15 кого инвертора напряжения с устройством для защиты; на фиг.2 - структурная схема формирователя импульсов управления.

Устройство (фиг.) содержит ис- 20 точник питания (входной преобразователь) 1, диодно-резисторнуга цепь 2 и 3, токоограничивающий реактор 4, фильтровый.конденсатор 5, тиристор- ный ключ 6, ограничительный.резис- „ -25 тор 7, разрядный резистор 8, -разрядный тиристор 9, коммутирующий конден- .сатор 10,-коммутирующий тиристор 11, обратный диод 12, зарядные резистор и диод 13 и 14, трансформатор 15, 30 коммутирующий реактор 16, шунт 17, автоматический выключатель 18, автономный . инвертор 19 напряжения, состоящий из главных тиристоров 20-25, обратных тиристоров 26-31, распре- делительных тиристоров 32-37 и узла 38 принудительной коммутации, формирователя 39 управления..

Формирователь39 импульсов, управления трристорами (фиг.2) содержит Q усилитель 40 с гальванической развязкой, компаратор 41, формирователь 42 импульсов, элемент И 43, элемент НЕ 44, формирователи 45 и

46 импульсов, элемент.ИЛИ 47, форми- рователь 48 импульсов. Автономный инвертор имеет нагрузку 49.

Выход тиристорного преобразователя 1 соединен с выводами фильтрового конденсатора 5 и токоограничивающего Q реактора 4, параллельно реактору 4 подключена диодно-резисторная цепь 2 и 3, вывод тиристорного преобразователя 1 соединен с анодом тиристорного ключа 6. Параллельно послед-55 нему подключены токоограничивающий резистор 7 и цепочка, состоящая из разрядных резистора 8 и тиристора 9, Цепочка, состоящая из последовательно включенных коммутирующего конденсатора 10, ком гутирующего тиристора 11, коммутируюп1;его реактора 16, подсоединена параллельно тиристорному ключу 6, источник питания, ,состоящий из трансформатора 15, резистора 13 и зарядного диода 14, подсоединен параллельно коммутирующему конденсатору 10. Обрат1-1ый диод 12 подсоединен параллельно коммутиругацему тиристору 11. Катод тиристорного ключа 6 подсоединен к шунту 17. Вывод шунта 17 и вывод преобразователя 1 соединен с входом автономного инвертора 19 напряжения через автоматический

выключатель 18.

t

К входным выводам инвертрра 19 подсоединены выводы постоянного тока двух трехфазных мостов главных тиристоров 20-25, обратных тиристоров 26-31.

Выводы переменного тока указанных мостов подсоединены к трехфазной нагрузке. К выводам переменного тока мостов подсоединены выводы переменного тока трехфазного моста распределительных тиристоров 32-37. Выводы постоянного тока моста соединены с выводами узла 38 принудитель- пой коммутации, соединенного с входными пинами инвертора напряжения. Входы формирователя 39 импульсов соединены с выводами шунта 17. На вход формирователя 39 импульсов подается также сигнал уставки срабатывания защиты (IU.CT ) и логические сигналы вьШора режима работы (Тяга Торможение), в зависимости от знака напряжения фильтрового конденсатора. Выход усилителя 40 соединен с входом компаратора 41, выход компаратора 41 соединен с входом формирователя 42 импульсов, вьгход последнего соединен с входами формирователей 45 и 46 импульсов и с входом элемента НЕ 44, выход элемента НЕ . 44 соединен с входом элемента И 43, выход .элемента И 43.соединен с входом элемента ИЛИ 47, выход которого соединен с входом формирователя 48 импульсов. Выходы формирователей 45, 46 и 48 импульсов соединены соответственно с выводами управления тиристоров 11, 9 и 6 устройства для защиты инвертора. На вторые входы элементов 43 и 47 подаются логичес- 1ше сигналы управления, соответствующие режимам Тяга и Торможение,

3146

Устройство работает следующим образом,

В режиме Тяга от формирователя 39 импульсов подается сигнал управле- ния на включение тиристора 6 и ток нагрузки зам мкается по цепи преобразователь 1, тиристор 6, шунт 17, выключатель 18, инвертор 19. Предположим, включены главные тиристоры 20, 23 и 24 и ток нагрузки за м.1кает- ся по цепи: автоматический выключатель 18, нагрузка, преобразователь , фильтровой конденсатор заряжен , знаком напряжения с плюсом на верх- ней обкладке. Предположим также, что при срыве сцепления ток нагрузки стал увеличиваться из-за насыщения нагрузки и ток фильтрового конденсатора возрастает по цепи элементов 5, 4, 6,-17, 18 и 20, нагрузка, элементы 49, 27 и 5. Сигнал с шунта

17поступает на вход формирователя 39 импульсов управления, где сравнивается с сигналом уставки. При дости жении сигналом шунта 17 уровня сигнала уставки выдается импульс управ- ления на тиристоры 11 и 9. Конденсатор 10 имеет в выходном состоянии полярность напряжения, указанную на фиг.1. При включении тиристоров 11 и

9 он начинает перезаряжаться по цепи элементов 10, 11, 16, 6 и 10 и выключает тиристорный ключ 6. Ток нагрузки по цепи тиристорного ключа 6 пере водится в цепь конденсатора 10 и замыкается, по контуру, состоящему из элементов 5, 4, 6, 10, И, 16, 17,

18и 2Q, нагрузки, элементов 49 и 5 перезаряжая его на противоположную полярность. Поскольку конденсатор пе резаряжается в колебательном режиме,

то избыточный ток его перезаряда замыкается по контуру, включающему элементы 10, 11, .16, 9, 8 и 10, так как сопротивление резистора 7 выбирается на порядок больше, чем сопротивление резистора 8....

При этом для вовстановления вен- тильньгх свойств тиристора 6 прикладывается падение напряжения резистора 8. При достижении на конденсаторе 10 напряжения, равного напряжению источника питания автономного инвер- тора, начинается процесс выключения тиристора 11 и спад тока в его цепи При этом тиристор 11 восстанавливает свои вентильные свойства по контуру, включающему элементы 10, 4, 5 и 23, нагрузку, элементы 49, 20, 17,

16,11 и 10, а тиристор 9 по контуру из элементов 10, 8, 9, 16, 12 и 10.

При выключении тиристора 1 1 ток нагрузки переводится в цепь резистор 7 и начинает спадать. При достижении током нагрузки .тока уставки снова включаетс я тиристор 6 и продолжается нормальное функционирование инвертор напряжения.

Рассмотрим работу устройства в аварийных ситуациях при тепловом пробое р-п переходов главных тиристоров. Предположим, что в режиме Тяга потерял вентильные свойства тиристор 21 и ток конденсатора 5 замкнулся по цепи элементов 5, 4, 6,.

17,18, 20, 21 и 5, При достижении током разряда конденсатора 5 тока уставки включаются тиристоры 9 и 11 и тиристорный ключ 6 выключается.

При этом ток нагрузки переводится в цепь ограничительного резистора, состоящую из элементов 5, 4, 7, 17, 20, 21 и 5, вследствие чего максимальное значение тока короткого замыкания ограничивается выбором параметров резистора. Затем с выдержкой времени, равной времени размыкания контактов, срабатывает автоматический - выключатель 18 и при этом энергия, записанная в.индуктивности рассеяния реактора 4, расходуется в резисторе 2 диодно-резисторной цепи. Индуктивность токоо раничивающего реактора 4 выбирается из условия ограничения скорости нарастания тока короткого замыкания таким образом, чтобы за время прохождения сигналов в канале управления и включения коммутирующего и разрядного тиристоров его величина не превысила величину максимального коммутируемого узлом принудительной коммутации тока, вследствие чего во всех рабочих режимах узла принудительной коммутации обеспечивает надежное выключение вентилей автономного инвертора напряжения ,

Сопротивление резистора выбирается таким образом, что при максимальном напряжении иа входе автономного инвертора, введение его в цепь тока нагрузки позволяет ограничивать аварийный ток на уровне на 20-30% меиьше, чем максимальный кoм tyтиpyю- щий ток. .

10

15

В режиме рекуперации фильтровый конденсатор 5 имеет знак напряжения, указанный на фиг,1 в скобках, и ток нагрузки протекает от входного преобразователя 1, через тиристорный ключ 6, шунт 17, автоматический вьцслюнатель 18, главные тиристоры, нагрузку к входному преобразователю 1. При этом выключают принудительно уз{гом коммутации 38 обратные тиристоры инвертора. Таким образом, если один из обратных тиристоров инвертора повторяет вентильные свойства, фильтровый конденсатор 5 замыкается по цепи элементов 5, 27, 26, 18, 17, 6, 2 и 3, вследствие чего главные тиристоры 20 - 25 выключаются, тиристорный ключ 6 выключается и ток перезаряда конденсаторов ограничивается величиной резистора 7. При этом в цепи тока нагрузки с выдержкой времени срабатывает автоматический выключатель 18 и инвертор напряжения отключается от входного преобразователя,25

Рассмотрим работу формирователя 39 импульсов в режиме Тяга.

На вход элемента И 43 подается логический сигнал, соответствующий 1. С выхода элемента ИЛИ 47 при 30 отсутствии сигнала с формирователя импульсов 42 подается логический сиг- . нал, равный 1, вследствие чего с выхода элемента И 43 на вход элеменимпульсов, с выхода которых импульсы управления подаются на включение тиристоров 9 и 1 1 ,

Когда сигнал с выхода усилителя 40 становится меньше сигнала уставки, на выходе элемента НЕ 44 появляется логический сигнал, равный 1, и тиристорный ключ 6 снова включается.

В режиме рекуперации на вход элемента ИЛИ 47 подается логический сигнал 1, вследствие чего подается импульс на включение тиристорного ключа 6. В случае короткого за№.1ка- ния в цепи обратных тиристоров сигнал, снимаемый с выхода усилителя 40, имеет противоположный знак, вследствие чего логический сигнал с выхода 20 формирователя 42 импульсов равен О и тиристоры 11 и 9 не включаются.

Формула изобретения

та ИЛИ 47 подается сигнал, равный 1 С выхода элемента ИЛИ 47 на вход формирователя 48 импульсов подается сигнал, равный , и формирователь импульсов выдает сигнал на включение

35

Устройство для защиты автономного инвертора напряжения, содержащее тиристорный ключ, катод которого предназначен для соединения с положительным входным выводом автономного инвертора напряжения, цепь из последовательно включенных коммутирующих конденсатора, тиристора и реактора, подключенную параллельно тиристорно-. му ключу, токоограничивающий реактор, один из выводов которого соединен с анодом тиристорного ключа,.а другой вывод предназначен для подключения к выводу конденсатора фильтра, другим выводом соединенному с отрицательтиристорного ..ключа 6. На вход усили- 40 нь1м входным выводом автономного инвертеля 40 подается сигнал с шунта 17, соответствующий мгновенному значению тока на входе инвертора. Этот сигнал сравнивается с сигналом уставки на входе компаратора 41. При условии превьшения током нагрузки тока уставки вьщается сигнал на вход формирователя 42 импульсов, с выхода которого на вход элемента НЕ 44 поступает сигнал, равный единице, вследствие чего на вход элемента И 43 подается логический сигнал, равный О, а с выхода формирователя 46 импульсов снимается логический сигнал, равный 1, вследствие чего снимается импульс управления тиристорного ключа 6. Одновременно с выхода формирователя 42 импульсов поступают сигналы управления на формирователи 45 и 46

тора напряжения, цепь из соединенных последовательно резистора и диода, включенную параллельно токоограничи- вакщему реактору, зарядный трансфор45 матор, один и другой выводы вторичной обмотки которого соответственно через зарядные резистор и диод подключены к коммутирукщему конденсатору, разрядный тиристор и обратный .gg диод, о.тличающееся тем, что, с целью расширения функциональ- нь:х возможностей путем ограничения тока автономного инвертора напряжения в рабочих и аварийных режимах

c-f. при изменении знака напряжения на его входе, введены ограничительный и разрядный резисторыj подключенные одним из выводов .к аноду тиристорного ключа, предназначенному для сое0

5

25

импульсов, с выхода которых импульсы управления подаются на включение тиристоров 9 и 1 1 ,

Когда сигнал с выхода усилителя 40 становится меньше сигнала уставки, на выходе элемента НЕ 44 появляется логический сигнал, равный 1, и тиристорный ключ 6 снова включается.

В режиме рекуперации на вход элемента ИЛИ 47 подается логический сигнал 1, вследствие чего подается импульс на включение тиристорного ключа 6. В случае короткого за№.1ка- ния в цепи обратных тиристоров сигнал, снимаемый с выхода усилителя 40, имеет противоположный знак, вследствие чего логический сигнал с выхода 0 формирователя 42 импульсов равен О и тиристоры 11 и 9 не включаются.

Формула изобретения

Устройство для защиты автономного инвертора напряжения, содержащее тиристорный ключ, катод которого предназначен для соединения с положительным входным выводом автономного инвертора напряжения, цепь из последовательно включенных коммутирующих конденсатора, тиристора и реактора, подключенную параллельно тиристорно-. му ключу, токоограничивающий реактор, один из выводов которого соединен с анодом тиристорного ключа,.а другой вывод предназначен для подключения к выводу конденсатора фильтра, другим выводом соединенному с отрицательнь1м входным выводом автономного инвер

тора напряжения, цепь из соединенных последовательно резистора и диода, включенную параллельно токоограничи- вакщему реактору, зарядный трансформатор, один и другой выводы вторичной обмотки которого соответственно через зарядные резистор и диод подключены к коммутирукщему конденсатору, разрядный тиристор и обратный .диод, о.тличающееся тем, что, с целью расширения функциональ- нь:х возможностей путем ограничения тока автономного инвертора напряжения в рабочих и аварийных режимах

при изменении знака напряжения на его входе, введены ограничительный и разрядный резисторыj подключенные одним из выводов .к аноду тиристорного ключа, предназначенному для соединения с положительным выходным выводом источника питания защищаемого инвертора, при этом катод тирис- торного ключа соединен с анодом разрядного тиристора, катод которого

через разрядный резистор подключен к аноду тиристорного ключа, тунтиро- ванного ограничительным резистором, а обратный диод включен встречно- параллельно коммутирующему тиристору.

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем ограничения тока автономного инвертора напряжения в рабочих и аварийных режимах при изменении знака напряжения на его входе. При потере вентильных свойства тиристора, например 21, в режиме Тяга конденсатор 5 начинает разряжаться. При достижении током разряда конденсатора 5 тока уставки включаются тиристоры 9 и П и тирис- торный ключ 6 выключается. Ток нагрузки переводится в цепь ограничительного резистора 7. При этом максимальное значение тока короткого замыкания ограничивается выбором параметров резистора 7. Затем с выдержкой времени срабатывает автоматический выключатель 18, При этом узел принудительной коммутации обеспечивает надежное выключение вентилей автономного инвертора напряжения, 2 ил. с (О сл

Тяга

Тармоме ние

КкиючуВ