Устройство для защиты автономного инвертора напряжения Советский патент 1990 года по МПК H02H7/12 

избыточного тока перезаряда конденсатора 12 по цепи тиристора 11, что уменьшает закачку энергии в конденсатор 12, снижая уровень напряжений, прикладываемых к элементам защиты, и повышая надежность их работы. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является повышение надежности путем ограничения коммутационных напряжений и обеспечение надежного восстановления вентильных свойств силовых тиристоров. При возникновении короткого замыкания в инверторе 21 ток, протекающий через датчик 19 тока, достигает величины тока первой уставки, срабатывает первый компаратор 43 и выдает сигнал на включение тиристоров 13 и 11. При включении тиристора 13 ток короткого замыкания нарастает под действием двух напряжений: коммутирующего конденсатора 12 и фильтрового конденсатора 7. Вследствие этого величина сигнала, снимаемого с датчика 19 тока достигает величины тока второй уставки. Срабатывает второй компаратор 44 и включается дополнительный тиристор 5. В результате значительно снижается величина ударного тока перезаряда двух последовательно включенных конденсаторов путем разделения его между дополнительным тиристором 5 и силовыми тиристорами инвертора 21. Тем самым снижается и величина избыточного тока перезаряда конденсатора 12 по цепи тиристора 11, что уменьшает закачку энергии в конденсатор 12, снижая уровень напряжений, прикладываемых к элементам защиты, и повышая надежность их работы. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты автономных инверторов напряжения,

Цель изобретения - повышение надежности путем снижения коммутационных напряжений и обеспечения надежного восстановления вентильных свойств силовых тиристоров инвертора. На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства для защиты; на фиг. 2 - принципиальная схема блока управления защитой.

Устройство содержит источник 1 питания защищаемого инвертора, цепь, включающую резистор 2 и диод 3, подсоединенную одним выводом к положительному выходу источника 1 питания, дополнительный реактор 4, подключенный последовательно с дополнительным тиристором 5, подсоединенным катодом к отрицательному выходу источника 1 питания, токоограничивающий реактор 6, подсоединенный параллельно цепи из резистора 2 и диода 3, фильтровой конденсатор 7 автономного инвертора напряжения, тиристорный ключ 8, предназначенный для подключения катодом к положительному выводу инвертора, ограничительный резистор 9S.подсоединенный паралепльно тиристорному ключу 8„ разрядный резистор 10 и обратный тиристор 115 подсоединенные параллельно тиристорному ключу 8. цепочку из коммутирующего конденсатора 2, коммутирующего тиристора 13 с подключенным встречно-параллельно обратным диодом 14 и коммутирующего реактора

15,подсоединенную параллельно тиристорному ключу 8, зарядные резистор

16,диод 17 и трансформатор 18, предназначенные для заряда коммутирующего конденсатора 12, датчик тока, выполненный в виде шунта 19, к одному из выводов которого подсоединен катодом тиристорный ключ 8, другой вывод шунта 19 соединен с входом автономного инвертора напряжения через автоматический выключатель 20, автономный инвертор 21 напряжения, состоящий из силовых тиристоров 22-27, распределительных тиристоров 28-33, обратных

тиристоров , 34-39 и узла 40 принудительной коммутации, в котором выводы постоянного тока моста силовых и моста обратных тиристоров подсоединены к входным выводам инвертора, выводы переменного тока указанных мостов и моста распределительных тиристоров подсоединяются к трехфазной нагрузке, а выводы постоянного тока моста распределительных тиристоров соединяются с

0 выводами узла принудительной коммутации, соединенного с входными шинами инвертора напряжения, блок 41 управления защитой.

Блок 41 управления защитой (фиг.2)

содержит усилитель 42 с гальваничес- , кой развязкой, первый и второй компараторы 43 и 44 формирователь 45 импульсов управления, элемент НЕ 46, элемент И 47, усилители-формнровате0 ли 48-50, импульсов управления соответственно коммутирующим 13, обратным 11 и дополнительным 5 тиристорами, элемент ИЛИ 51, усилитель-формирователь 52 импульсов управления тирис, торным ключом 8.

Входы блока 41 управления соединяются с выводами шунта 19. На вход блока 41 управления подаются также ч сигналы уставок срабатывания защиты

0 1 /ст1 1устР и логические сигналы выбора режима работы (Тяга / Торможение), оп- ределяющие знак напряжения фильтрового конденсатора в зависимости от знака напряжения фильтрового конденсато5 . Выходы усилителя 42 соединяются с входами компараторов 43 и 44, при этом на вторые входы компараторов 43 и 44 подаются сигналы уставок IуСГ( и I уотг срабатывания защиты. Выходы

Q компараторов соединяются с входами формирователя 45 и усилителя-формирователя 50. Выход формирователя 45 соединяется с элементом НЕ 46 и усилителями-формирователями 48 и 49, выход

j элемента НЕ 46 соединяется с входом элемента И 47, выход которого соединяется с элементом ИЛИ 51, выход эле мента ИЛИ 51 соединяется со входом- усилителя-формирователя 52. Выходы

формирователей 48 - 50 и 52 соединя- ются соответственно с управляющими выводами тиристоров 13, 11, 5 и 8 устройства защиты инвертора. На вторые входы элементов И 47 и ИЛИ 51 подаются логические сигналы управления, соответствующие режимам Тяга, Торможение.

Устройство работает следующим образом.

Рассмотрим ситуацию увеличения то- ка нагрузки, например, при срыве сцепления. В режиме Тяга от блока 41 управления подается сигнал на включение тиристорного ключа 8 и ток нагрузки замыкается по цепи: преобразователь 1, тиристор 8, шунт 19, выключатель 20, инвертор 21. Исходная полярность фильтрового конденсатора 7 показана на фиг. 1 без скобок Пусть были включены силовые тиристоры 22, 25 и 26. При срыве сцепления ток возрастает по цепи фильтрового конденсатора: 7, Ь, 8, 19, 20, 22, нагрузка, 25, 7. При этом с шунта 19 поступают сигналы на вход блока 41 управления, где сравниваются с сигналом уставки. При достижении сигналом, снимаемым, с датчика 19 тока, уровня сигнала уставки I 1 на тиристоры 13 и 11 выдаются импульсы управления. Конденсатор 12 в исходном состоянии имеет полярность, указанную на фиг. 1.

При включении тиристоров 13 и 11 он начинает перезаряжаться по цепи: 12, 13, 15, 8, 12 и тиристорньй ключ 8 запирается. Ток тиристорного ключа 8 вытесняется в цепь коммутирующего конденсатора 12 и ток нагрузки замыкается по цепи: 7, 6, 12, 13, 15, 19, 20, 22, нагрузка, 25,7. Перезаряд конденсатора осуществляется в колебательном режиме, избыточный ток пере- - заряда конденсатора 12 замыкается по контуру: 12, 13, 15, 11, 10, 12, так как сопротивление резистора 10 ается на порядок меньше сопротивления резистора 9.

Для восстановления вентильных свойств тиристорного ключа 8 к нему рикладывается падение напряжения на езисторе 10. При достижении на коненсаторе 12 напряжения ,равного напяжению фильтрового конденсатора, начинается процесс выключения тиристора 13. Восстановление вентильных свойств тиристора 13 происходит по

0

5

0

5

контурам: 12, 6, 7, 25, нагрузка, 22,

20,19, 15, 13, 12 и 12,9, 15, 13, 12. а тиристора 11 по контуру: 12, 10,

11, 15, 14, 12.

При выключении тиристора 13 ток нагрузки переводится в цепь ограничительного резистора 9 и начинает спадать. Затем с выдержкой времени, равной постоянной времени нагрузки, блок 41 управления выдает импульс на включение тиристорного ключа 8 и инвертор 21 продолжает нормально функционировать ,

Рассмотрим работу устройства в аварийных ситуациях при тепловом пробое р-п переходов силовьк тиристоров. Пусть в результате аварии потерял вентильные свойства тиристор 23, что привело к возникновению короткого замыкания фильтсового конденсатора по контуру 7, 6, 8, 19, 20, 22, 23, 7.

При этом быстро нарастающий ток короткого замыкания, протекающий через шунт 19, достигает величины тока уставки (lytT1) срабатывания защиты, при котором блок 41 управления выдает сигналы на включение тиристоров 13 и

12и фильтрового 7. Вследствие этого величина его выше, чем в упомянутом ранее режиме, и при достижении сигналом, снимаемым с шунта 19, уровня

I T ,2 включается дополнительный тиристор 5.

Включение дополнительного тиристора 5 позволяет значительно снизить величину уцарного тока перезаряда двух последовательно включенных конденсаторов путем разделения его между дополнительным тирис(тором (контур 7, 6, 2, 4, 5, 7) и силовыми тиристорами 0 инвертора (контур 7, 6, 8, 19, 20,

21,7). Тем самым снижается и величина избыточного тока перезаряда конденсатора 12 по цепи тиристора 11, что уменьшает закачку энергии в конденсатор 12, снижая уровень напряжений, прикладываемых к элементам зашиты и повышая надежность их работы.

Перезаряд конденсатора 7 сопровождается накоплением энергии в индуктив- .

0

5

0

5

5

715

ностях рассеяния реакторов 6 и 4. При этом при смене знака ЭДС реактора 6 энергия, запасенная током нагрузки, расходуется в контуре: 6, 2, 3 и не возвращается в конденсатор 7. Наряду с указанным контуром перезаряд конденсатора 7 осуществляется также по контуру: 7, 6, 2, 4, 5, 7, после включения дополнительного тиристора . 5 к часть энергии возвращается в конденсатор и удерживает на нем напряжение отрицательной полярности, необходимое для надежного восстановления вентильных свойств силовых тиристоров инвертора.

Таким образом, после запирания ти- ристорного ключа 8 ток короткого замыкания, протекающий по цепи коммутирующего тиристора 13, перезаряжает коммутирующий конденсатор защиты по контуру: 12, 13, 15, 11, 10, 12. В результате перезаряда конденсатора 12 запирается коммутирующий тиристор 13, и ток короткого замыкания перево- дится в результате включения дополнительного тиристора 5 в контур 7, 6, 2, 4s 5, 7, закачивая энергию в дополнительный реактор 4.

Токи, обусловленные индуктивное- . тями рассеяния фаз нагрузки при включении обратных тиристоров замыкаются по контурам: нагрузка фазы А, 34, 20, 19, 9, 2, 3, 7, 37, нагрузка фазы В, или нагрузка фазы С, 38, 20, 19, 2, 3, 7, 37, нагрузка фазы В.

При этом напряжение фильтрового конденсатора 7 в результате закачивания запасенной в индуктивностях рассеивания энергии дополнительного реактора 4 меняет знак, вследствие чего тиристоры 22 и 26 выключаются по цепи + 7, 37, нагрузка фазы В, нагрузка фазы А (нагрузка фазы С, 22 (26), 20/19, 9, 2, 3, - 7, а затем при спаде токов нагрузки до нуля выключается тиристор 25. t

Индуктивность токоограничивающего реактора 6 выбирается из условия огрничения скорости нарастания тока наг рузки таким образом, чтобы за время прохождения сигналов в канале управления и включении коммутирующего и разрядного тиристоров, его величина не превысила величину максимального коммутируемого узлом принудительной коммутации (УПК) тока, вследствие чего во всех стационарных режимах УПК обеспечивает надежное выключение

8

вентилей автономного инвертора напряжения .

Индуктивность дополнительного реактора 4 выбирается из условия ограничения совместно с токоограничива- ющим реактором 6 допустимой величины ударного тока короткого замыкания и скорости его нарастания.

При этом волновое сопротивление контура: 7, 6, 2, 4, 5, 7 должно быть меньше, чем волновое сопротивление контурл: 7, 6, 12, 13, 15, 19, 20, - 22, 23, 7. Это условие позволяет большую часть тока короткого замыкания перевести в цепь дополнительных тиристора 5 и реактора 4 и снизить уровень коммутационных перенапряжений на конденсаторе 12.

В режиме рекуперации при возникновении короткого замыкания по цепи обратного тиристорного моста величина тока ограничивается резистором 9.

Рассмотрим работу блока 41 в режиме Тяга. На вход элемента И 47 подается логический сигнал, соответствующий 1. С выхода элемента ИЛИ 51 при отсутствии сигнала с формирователя 45 подается логический сигнал, разный 1, вследствие чего с выхода элемента И 47 на вход элемента ИЛИ 51 подается сигнал, равный 1. С выхода элемента ИЛИ 51 на вход усилителя-формирователя 52 подается сигнал, равный 1, и формирователь выдает сигнал на включение тиристорного ключа 8. На вход усилителя 42 подается сигнал с шунта 19, соответствующий мгновенному значению тока на входе инвертора. Этот сигнал сравнивается с сигналами уставки на входе компараторов 43 и 44 При условии превышения током нагрузки тока уставки lycri выдается сигнал на вход формирователя 45. С выхода формирователя 5 на вход элемента НЕ 46 поступает сигнал, равный 1, соответственно на вход элемента И 47 подается логический сигнал, равный О, а с выхода элемента И 47 снимается ло гический сигнал, равный 1, в результате чего снимается импульс управле- ния тиристорного ключа 8. Одновременно с выхода формирователя 45 поступают сигналы управления на усилители- формирователи 48 и 49, с выхода которых импульсы управления подаются на включение тиристоров 13 и 11.

Когда сигнал с выхода усилителя 42 становится меньше сигнала уставки

Iut,- , на выходе элемента НЕ 46 появляется логический сигнал, равный 1, тиристорный ключ 8 снова включается. Если сигнал с выхода 42 не уменьшился, а продолжает нарастать и достигает величины тока уставки, сравниваяс на дополнительном компараторе 44 с вход усилителя-формирователя 50 с выхода компаратора 44 выдается сигнал.

С выхода усилителя-формирователя 50 выдается импульс управления на включение дополнительного тиристора 5, В режиме рекуперации импульсы управления на тиристоры 11 и 13 запрещаются, что исключает режим короткого замыкания по цепи тиристора.11.

Формула изобретения Устройство для защиты автономного инвертора напряжения, содержащее ти- ристорный ключ, катод которого через датчик тока, выполненный в виде шун-« та, предназначен для подключения к

положительному входному выводу автономного инвертора напряжения, а анод тиристорного ключа предназначен для подключения к положительному выходному выводу источника питания автономного инвертора напряжения,, цепь из последовательно включенных коммутирующих конденсатора, тиристора и реактора, подключенную параллельно тирис- торному ключу, обратный диод, включенный параллельно коммутирующему тиристору, 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 отрицательным входным выводом автономного инверто™ ра напряжения и отрицательным выходным выводом источника питания защищаемого инвертора, цепь из соединенных последовательно резистора и диода, включенную параллельно токоограничи- вающему реактору, зарядный трансформатор, один и другой выводы вторичной обмотки которого соответственно через зарядные резистор и диод подключены к коммутирующему конденсатору, цепочку, состоящую из последовательно включенных обратного тиоистора и разрядного резистора, подключенную

параллельно тиристорному ключу, ограничительный резистор, подключенный па- раллельно тиристорному ключу, блок управления защитой, включающий в себя

7697110

усилитель с гальванической развязкой, входом подключенный к выходу датчика тока, а выходом - к одному входу первого компаратора, другой вход которого подключен к выводу для подключения первого сигнала уставки, а выход - к входу формирователя импульсов управления, выход которого подключен к JQ вхсду элемента НЕ и входам усилителей-формирователей импульсов управления коммутирующим и обратным тиристорами, выход элемента НЕ подключен к одному входу элемента И, другой вход которого подключен к выводу для подключения логического сигнала управления, соответствующего режиму Тяга, а вь ход элемента И подключен к одному входу элемента t-LJIH, другой вход которого подключен к выводу для подключения логического сигнала управления, соответствующего режиму Торможение, выход элемента ИЛИ подключен к входу усилитель-формирователя импульсов уп- 25 равления тнристорного ключа, при этом выходы усилителей-формирователей импульсов управления коммутирующим, обратным .тиристорами и тиристорным ключом подключены к управляющим электро- 30 дам соответственно коммутирующего, обратного тиристоров и тиристорного ключа, отличающееся тем,

15

20

5

0

5

что, с целью повышения надежности путем ограничения коммутационных напряжений и обеспечения надежного восстановления вентильных свойств силовых тиристоров инвертора, в него введены дополнительный реактор и дополнительный тиристор, а в блок управления защитой введен второй компаратор и усилитель-формирователь импульсов управления дополнительным тиристором, причем дополнительный тиристор катодом предназначен для подключения к отрицательному выводу автономного инвертора напряжения, а анодом подключен к одному выводу дополнительного реакто- РЗ-i другой вывод которого подключен к обшей точке последовательно соединен- 0 ных резистора и диода,при этом первый вход второго компаратора блока управления зашитой подключен к выходу усилителя с гальванической развязкой,второй вход подключен к выводу для подключения второго сигнала уставки,а выход второго ксмпа- ратора усилитель-формирователь импульсов управления дополнительным тиристором подключен к управляющему электроду дополнительного тиристора.

5

Редактор Е. Папп

Составитель 0. Мещерякова,

Техред Л.Сердюкова Корректор М. Максимишинец

Заказ 1850

Тираж 477

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб ., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

«м

Подписное