Способ защиты импульсного тиристорного преобразователя постоянного тока с искусственной коммутацией Советский патент 1991 года по МПК H02H7/12 

(Л

С

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является повышение эффективности защиты. Напряжение на коммутирующем конденсаторе 10 может превысить паспортное значение либо в случае резкого повышения момента сопротивления движению, либо в случае резкого повышения уровня напряжения питающей сети. В этих случаях переключается компа

Фиг.1

ратор 9, его выходной сигнал дифференцируется дифференцирующим звеном 15 и по- ступзет на один из входов элемента И 14. Сигнал, пропорциональный току нагрузки, с датчика 4 тока нагрузки импульсного тири- сторного преобразователя подается также на вход скорректированного дифференциатора блока 6 определения знака производной тока, Оптоэлектронный ключ преобразует выходной сигнал скорректированного дифференциатора, пропорциональИзобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для защиты импульсных тиристорных преобразователей от перегрузок и для обеспечения работоспособности преобра- зователей при колебаниях напряжения питающей сети.

Цель изобретения - повышение эффективности защиты импульсного тиристорно- го преобразователя.

На фи. 1 изображена функциональная схема устройства, реализующего способ защиты импульсного тиристорного преобразователя с искусственней коммутацией; на фиг. 2 - принципиальная схема устройства; на фиг. 3 - временные диаграммы работы, поясняющие принцип действий данного устройства.

Устройство включает в себя генератор 1 импульсов силового тиристора, выход ко- торого соединен с каналом 2 управления силовым тиристором, выход которого соединен с управляющим электродом силового тиристора 3. Датчик 4 тока подключен к усилителю 5 и блоку 6 определения знака про- изводной тока. Выход усилителя 5 соединен с одним из входов сумматора 7, а второй вход сумматора 7 предназначен для подключения напряжения, пропорционального напряжению на фильтровом конденсаторе 8. Один из входов компаратора 9 предназначен для подключения напряжения, пропорционального паспортному значению напряжения на коммутирующем конденсаторе 10, а второй вход компаратора Эсоеди- нен с выходом сумматора 7. К каналу 11 управления коммутирующим тиристором. соединенному своим выходом г управляющим электродом коммутирующего тиристора 12, подключены генератор 13 импульсов коммутирующего тиристора и элемент И 14, один из входов которого соединен с выходом блока 6 определения знака производной тока, а к второму входу элемента И 14

ный производной тока нагрузки, в двоичный сигнал. При этом сигнал 1, соответствующий положительной производной тока, поступает на второй вход элемента И 14, а сигнал О, соответствующий отрицательной производной тока, блокирует с помощью элемента И 14 прохождение внеочередного управляющего импульса в канал управления коммутирующим тиристором 11 в фазе спадания тока нагрузки преобразователя. 3 ил.

через дифференцирующее звено 15 подключен компаратор 9. Кроме того, устройство содержит нагрузку 16 и катушку индуктивности 17 в качестве генераторов импульсов 1 и 13 силового и коммутирующего тиристоров использованы синхронизированные между собой дифференцирующие звенья из двух компараторов 18 и 19 и задающего генератора 20 колебаний треугольной формы, а блок 6 определения знака производной тока включает в себя скорректированный дифференциатор 2 1 и оп- тоэлектронный ключ 22. В качестве компараторов 9. 18 и 19 могут быть использованы стпндартные компараторы, выполненные на базе микросхем серии К554. В качестве усилителя 5 с коэффициентом усиления - V УС может быть использован операционный усилитель, включенный по схеме инвертирующего усилителя. В качестве сумматора 7 может быть использован операционный усилитель, включенный по схеме сумматора, на выходе которого пол- учают суммарный сигнал H(t) VL/C + +1)ф к (f), в качестве каналов 2 и 11 управления силовым и коммутирующим тиристорами - формирователи импульсов. Блок 6 определения знака производной тока представляет собой последовательное соединение скорректированного дифференциатора

21,в котором может быть использован операционный усилитель из серии К140, К 551. К553, К574 и др., и оптоэлектронного ключа

22,реализованного на микросхемах К262 КП 1А или К262 КП 1Б. Возможно также использование микросхем серий К249. К293 и др.

Импульсный преобразователь, реализующий способ, работает следующим образом.

Ток в нагрузку 16 поддерживается на заданном уровне путем периодического включения силового тиристора 3 с последующим его выключением при помощи контуpa, содержащего коммутирующий конденсатор 10 с емкостью С и катушку индуктивности 17 с индуктивноегью L, гчя чего включают коммутирующий гиристор 12 Пои включении тгрисгорт 12 снам. а проис о- дпг подготовительный перезсфяд, я пою рабочий разряд конденсатора 10 Когда гск разряда превышает ток нагрузки преобразователя 1Н, тиристоры 3 и 12 закрываются и гок прекрэщаег протекать через них п нагрузку 16.

При наличии задающего сигнала U3 генераторы 1 и 13 импульсов силового и коммутирующего тиристоров вырабатывают управляющие импульсы, следующие с определенным напряжением зада),и1 U3 носгьЮ)(фиг 3, диаграммы 23 и 4) нагрузку 16 протекает ток lt,(t), имеющий форму, показанную на графике Л U4 t)-ln(t) x xV L/C. По этому же закону изменятся t величина напряжения, до которого сверх напряжения на фильтровом конденсаторе Р заряжает г коммутирующий конденсатор 10. С дагмка 4 тока нагрузки импульсного тиристориого преобразователя на вход уси лителя 5 с коэф ( чциентом усилении V L/C подается гигнп, пропорциональный нагрузки lHft) Hrjj jxofl1 1 усилителя 5 ся сигнал -,,(t) V L/C, который на сумматоре 7 складывается с напряжением, пропорци ональным напряжению -Ьфк(т) на фильтровом ксндснгаторе 8 Полученная п результате сложения двух сигнаюв сумма H(t) v L/C -Уф «(t) нч компараторе Э сравнивается с напряжением, пропорциональным паспортной рели(ине допустимого напряжения Ucr пасп на коммутирующем конденсатор 10. Сигнал переключение компаратора 9 дифференцируется дифференцирующим звеном 15 и поступает на один из входов элемента И 14

Сигнал, пропорциональный току нагрузки n(t), с датчика 4 тока нагрузки импульсного т.-ристорного преобразователя подается также на вход скорректированного дифференциатора 21 блока 6 определения знака производной тока. Оптоэлект.оэнный ключ 22 преобразует выходной сигнал скорректированного дифференциатора 21, пропорциональный производной тока нагрузки, в двоичный сигнал При этом сигнал 1. соответствующий полохите/n ной производной тока, поступав на второй вход элемента И 14, а сигнал О соответствующий отрицательной производной 6м иру- ет с помощью гпемента И 14 прохождение внеочередного управляющего импульса в канал управления коммутирующим ггристо- ром 11 в фазе спадания тока нафузш преобразователя.

Рассмотрим три возможных спучая ра- Бптм имг.у.ты ного тиристорного преобразоBciTU/lfl

IЧ фазе нарастания ток нагрузки пре- гЬраз отепч, i e после прихода импульса

CD си. югзой тиристор 3, резко возрастает момен сопротивления движению М Следо- вател но, наминает увеличиваться ток импульсного гиристорного преобразователя

1ц(0 и пропорциональное ему напряжен1 е AUftj-luWv L/C дозаряда коммутирующего конденсатора 10 На сумматоре 7 напряжение Ди(т)ц(г) V L/C складывается с напряжением фильтрового конденсатора 8 ифк(0

Суммарное напряжение UCi(t) и есть то на- прчжение, до которого заряжается коммутирующий конденсатор 10, если управляющий мпульс, открывающий силовой тиристор 3 поступает на управляющий электрод силопою тиристора 3 в момент времени ri (на. диаграмме 23 фиг 3 показана последовательность управляющих импульсов, поступающих на силовой тиристор 3) Линия UCK m n - величина паспортного значения

напряжении коммутирующего конденсатора 10 Компаратор 9 (фиг 2) сравнивает на- рпяхение Ucjt) с напряжением UCK пасп и преключаегся в момент превышения на |ряж нием U.K(t) напряжения UCK паси Дифс рречцир/ющее зпсно 15 дифференцирует игнэл переклю (Рния компаратора 9, который поступает на элемент И 14 В на растания тока нагрузки пргобразовател i с выхода блока Г определения знака производной тока H,J второй вход элемента И 4 поступает сигнал 1, разрешающей прохождение BHf очередного управляющего импульса А в канал управления 11 коммутирующим тиристором (фиг 3) На фиг 3 штрихпунктирной линией после момента времени ту покатана форма напряжения Ли дозаря- дз . оммугирующего конденсатора 10 и полного напряжения UCK на коммутирующем конденсаторе 10 которая была бы при отсугствии внеочередного импульса А.

IIВ фазе нарастания тока нагрузки гре- оРрагмвателя в момент времни тз резко по- напряжение в питающей сети и, как следствие, увеличивается напряжение

у,} , (t на фил ьтротюм конденсаторе 8 Сум- э I, (t) vAL/ С -U.}, к (t)-Uo(t) увеличивается до момента срапчения с, паспортным значением напряжения Ur-к нэ коммутирую цем конп(онсаторе 10 В момент превышения

суммарного сигнала величины UCK пасп компапатор 9 переключается, дифференцирующее звено 15 дифференцирует сигнал переключения компаратора 9 Производная тока нагрузки преобразователя положительна, поэтому блок 6 определения знака производной тока выдает сигнал, соответствующий 1. Этот сигнал обеспечивает прохождение через логический элемент И 14 сигнала рассогласования между паспортным и превышающим его действительным значением напряжения на коммутирующем конденсаторе в канал 11 управления коммутирующим тиристором, где формируется внеочередной управляющий импульс Б в момент тз (см. фиг. 3). Штрихпунктирной линией после момента гз показана форма напряжения, которая имела бы место без подачи внеочередного импульса Б.

III. Резко повышается уровень напряжения питающей сети в фазе спадания тока нагрузки преобразователя. Как и в предыдущем случае, за счет увеличения напряжения на фильтровом конденсаторе увеличивается напояжение коммутирующего конденсатора 10 и е интервале между моментами ТА и тг, (фиг. 3) превышает свое паспортное значение, а с момента т$ входит в допустимые пределы из-за постоянного уменьшения со- ставляюще (t) VL/C.

В момент Т4 компаратор 9 переключается, выходной импульс дифференцирующего звенз 15 поступает на один из входов элемента И 14, где блокируется поступающим на второй вход элемента И 14 сигналом, соответствующим О, с блока 6 определения знака производной тока.

Постоянный контроль знака производной тока нагрузки преобразователя делает защиту импульсного тиристорного преобразователя более избирательной, обеспечивает блокирование внеочередного управляющего импульса коммутирующего тиристора в фазе спадания тока нагрузки преобразователя, предотвращающее срыв коммутации тока при поступлении очередного рабочего импульса на коммутирующий тирисюр(промежуток времени между поступлением внеочередного управляющего импульса, после которого происходит разряд коммутирующего конденсатора и следующего рабочего

импульса коммутирующего тиристора, недостаточен для накопления коммутирующим конденсатором заряда, необходимого для надежной коммутации тока). Кроме этого, исключение работы коммутирующего

контура вхолостую в фазе спадания тока нагрузки преобразователя повышает КПД преобразователя, а также увеличивает его срок службы.

Формула изобретения

Способ защиты импульсного тиристорного преобразователя постоянного тока с искусственной коммутацией, заключающийся в том, что контролируют напряжение

питающей сети и ток нагрузки, сигнал, пропорциональный току нагрузки, усиливают на величину, численно равную квадратному корню из отношения величины коммутирующей индуктивности к величине коммутирующей емкости, суммируют его с сигналом, пропорциональным напряжению питающей сети, результирующий сигнал сравнивают с сигналом, пропорциональным предельно допустимому значению напряжения на коммутирующем конденсаторе, и при превышении результирующего сигнала над предельно допустимым формируют по переднему фронту сигнала рассогласования внеочередной управляющий импульс на коммутирующий тиристор, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности защиты, контролируют знак производной тока нагрузки преобразователя и подают сформированный внеочередной управляющий

импульс на коммутирующий тиристор только при нарастании тока нагрузки преобразователя.