Устройство для функционального диагностирования и защиты тиристорного преобразователя Советский патент 1991 года по МПК H02H7/12 

Изобретение относится к электротехнике и может быть применено в устройствах контроля и защиты вентильных преобразователей.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем определения неисправных каналов системы управления, защиты преобразователя оттоков перегрузки и короткого замыкания в нагрузке, а также исключения ложного срабатывания защиты при одновременной коммутации двух вентилей.

На чертеже представлена схема устройства для функционального диагностирования и защиты тиристорного преобразователя

Устройство содержит датчики 1-8 тока по числу тиристоров 9-16 преобразователя, установленные последовательно с соответствующими тиристорами 9-16. элементы 17- 20 развязки по числу тиристоров, подключенные входами и управляющим переходам соответствующих тиристоров 9-16, и идентичные каналы по числу тиристоров, содержащие каждый первый триггер 21, установочным входом подключенный к выходу датчика 6 тока, установленного в цепи соответствующего одного тиристора 15, и прямым входом элемента ЗАПРЕТ 22, инверсный вход которого подключен к выходу второго триггера 23 и другому входу первого элемента И 24, один вход которого

о чэ о о VI ю

подключен к выходу первого триггера 21, сбрасывающим входом подключенного к сбрасывающему входу второго триггера 23 и выходу элемента 25 задержки, установочный вход второго триггера 23 подключен к выходу первого элемента 17 развязки и одному входу второго элемента И 26, вход элемента 25 задержки подключен к выходу второго элемента 18 развязки и установочному входу третьего триггера 27, выходом подключенного к одному входу третьего элемента И 28, другой вход которого подключен к выходу четвертого триггера 29, установочный вход которого подключен к выходу третьего разделительного элемента 19, а сбрасывающий вход четвертого триггера 29 подключен к выходу первого разделительного элемента 17 и другому входу второго элемента И 26.

Сбрасывающий вход третьего триггера 27 подключен к выходу четвертого разделительного элемента 20 и другому входу второго элемента И 26, выход первого элемента 17 развязки одного канала подключен к установочным входам третьего и четвертого триггеров других каналов, контролирующих тиристоры 16, коммутация которых предшествует, и тиристор 14, коммутация которого следует после коммутации одного тиристора 15, а также к сбрасывающему входу третьего триггера канала, контролирующего тиристор, коммутация которого на два такта опережает коммутацию одного тиристора 15.

Выход второго элемента 18 развязки одного канала подключен к установочным входам второго и четвертого триггеров других каналов, контролирующих тиристоры, коммутация которых соответственно на один и два такта следует позже коммутации одного тиристора, и к сбрасывающему входу третьего триггера канала, контролирующего тиристор, коммутация которого предшествует коммутации одного тиристора, выход третьего элемента 19 развязки одного канала подключен к установочным входам второго и третьего триггеров каналов, контролирующих тиристоры, коммутация которых соответственно на один и два такта опережает коммутацию одного тиристора 15, а также к сбрасывающему входу третьего трипера каняла, контролирующего тиристор коммутация которого на три такта опережчет коммутацию одного тиристора 1Ь, л пмход четвертого элемента развязки подключен к установочным входам второго, rpi .го и четвертого триггеров каналов, конт; оииоующих тиристоры, коммутация KOTO;- 1 соотн пгIвенно на один, два

и три такта следует позже коммутации одного тиристора 15.

Устройство работает следующим образом.

В номинальном режиме работы преобразователя при подаче управляющего импульса на один тиристор 15 последний открывается и через него протекает ток. С выхода первого элемента 17 развязки на

0 установочный вход второго триггера 23 поступает сигнал, устанавливающий его в единичное состояние. При этом сигнал с выхода второго триггера 23 поступает на инверсный вход элемента ЗАПРЕТ 22, на прямой

5 вход которого также поступает сигнал от датчика 6 тока, обуславливая на его выходе отсутствие сигнала, что свидетельствует о том, что отказ типа пробой одного тиристора 15 отсутствует.

0Одновременно на один вход первого

элемента И 24 поступает сигнал с выхода второго триггера 23, а на другой вход первого элемента И 24 - сигнал с инверсного выхода первого триггера 21 не поступает,

5 что обусловлено поступлением на его установочный вход сигнала с выхода датчика 6 тока. Это приводит к формированию на выходе первого элемента И 24 нулевого сигнала, также свидетельствующего об

0 отсутствии неисправности типа обрыв одного тиристора 15.

При неисправности канала управления одним тиристором 15 системы управления одновременно импульс управления на него

5 и на тиристор 13, следующий по порядку коммутации через одну фазу, подаваться не может, следовательно, на входах второго элемента И 26 будет чередоваться комбинация входных сигналов: Ноль и Единица

0 - при подаче управляющего импульса на один тиристор 15, Ноль и Ноль - при отсутствии импульсов, Ноль и Единица - при подаче управляющего импульса на тиристор 13. Таким образом, на выходе вто5 рого элемента И 26 будет присутствовать сигнал Ноль, свидетельствующий о том. что неисправность, характеризующаяся наличием ложного импульса управления на одном тиристоре 15, отсутствует.

0 При исправном канале управления одним тиристором 15 системы управления на выходе третьего элемента И 28 также будет Ноль, свидетельствующий об отсутствии пропуска импульса управления, ввиду того,

5 что на первый его вход будет поступать сигнал Ноль с выхода третьего триггера 27, сброшенного ранее (в предыдущем периоде) логической единицей с четвертого элемента 20 развязки при подаче управляющего импульса на тиристор 13, хотя на вто

оси РГП РХОД ti поступит сигнал Единица от четвертого триггера 29, обусловленная тем, что этот тршгер установится в единичное состояние в момент прихода импульса управления на тиристор 16 сигналом с третьего элемента 19 развязки При приходе импульса управления на один тиристор 15 сиг налом с первого элемента 17 развязки чет пертый триггер 29 сбросится в нулевое состояние и комбинация Ноль - Ноль на входах третьего элемента И 28 будет находиться до прихода управляющего импульса на тиристор 14, при котором сигнал от второго элемента 18 развязки установит его в единичное состояние. Таким образом, при исправном канале управления на входе третьего элемента И 28 также будут чередоваться комбинации Ноль - Ноль, Ноль - Единица и Единица - Ноль, что не приведет к изменению его выходного сигнала - Логического нуля.

Если пробой контролируемого одного тиристора 15, независимо, прямым или об: ратным напряжением происходит до поступления управляющего импульса, то ввиду протекания через него тока срабатывает датчик 6 тока, и на прямом входе элемента ЗАПРЕТ 22 установится сигнал - Единица. Одновременно на его инверсном входе будет оставаться нулевой сигнал от второго триггера 23, сброшенного ранее (в предыдущем периоде) сигналом от второго элемента 18 развязки через элемент 25 задержки при приходе управляющего импульса на тиристор 14. Такая комбинация входных сигналов обусловит на выходе элемента ЗАПРЕТ 22 единичный сигнал, свидетельствующий о появлении пробоя контролируемого одного тиристора 15. При этом сработает защита и отключит преобразователь. Следует оговорить, что при таком пробое одного тиристора 15 сигналом от датчика 6 тока первый триггер 21 установится в единичное состояни и с его инверсного выхода на первый вход первого элемента И 24 поступит сигнал - Единица, но это не изменит его выходного сигнала ввиду того, что на его втором входе будет оставаться сигнал Ноль, поступающий с выхода второго триггера 23.

В случае пробоя одного тиристора 15 после поступления управляющего импульса в промежутке его нормальной проводимости этот отказ будет обнаружен непосредственно после окончания этого промежутка, так как на инверсном входе элемента ЗАПРЕТ 22 появится сигнал Ноль от второго триггера 23, сброшенного в нулевое состояние сигналом от второго элемента 18 развязки ари приходе импульса управления на

тиристор 14, а на прямом его останется сигнал Единица от датчика б тока ввиду того, что через пробитый один тиристор 15 будет протекать ток. 5

Если произойдет обрыв контролируемого одного тиристора 15, то при поступлении на него управляющего импульса ток через него не потечет и на установочный вход пер- 0 вого триггера 21 логическая единица отдатчика 6 тока не поступит, вследствие чего с инверсного выхода первого триггера 21 на первый вход первого элемента И 24 поступит сигнал Единица, обусловленный тем, 5 что на сбрасывающий вход первого триггера 21 был ранее (в предыдущем периоде) подан импульс сброса с выхода второго эле- мета 18 развязки через элемент 25 задержки в момент после включения тиристора 14 0 следующей по порядку коммутации фазы, а на другой вход первого элемента И 24 поступит сигнал Единица от второго триггера 23, который установится в единичное состояние после прихода управпяющего импуль- 5 са на один тиристор 15, в результате на выходе первого элемента И 24 появляется сигнал, свидетельствующий о неисправности типа обрыв.

При отказе канала системы управления, 0 управляющего одним тиристором 15, заключающемся в присутствии ложного импульса управления на управляющем электроде, такой отказ будет обнаружен в момент передачи управляющего импульса на тиристор 5 13, следующий по порядку коммутации через одну фазу, так как при этом на обоих входах второго элемента И 26 установятся единичные сигналы: от первого 17 и четвертого 20 элементов развязки, что обусловит 0 появление на его выходе единичного сигнала, свидетельствующего о возникновении указанного отказа. Такой отказ не приводит к аварии преобразователя, поэтому время его обнаружения некритично 5В случае отказа канала, заключающегося в отсутствии импульсов управления, он будет обнаружен следующим образом: останется в единичном состоянии, четвертый триггер 29, установленный ранее импуль- 0 сом от третьего элемента 19 развязки в момент включения тиристора 16, и на второй вход третьего элемента И 29 будет поступать сигнал Единица. Поступление импульса управления на тирисюр 14 второго 5 элемента 18 развязки установит третий триггер 27 в единичное сог гпчние, и на первом входе третьего эо/ц мс .та И 28 появится единичный сигнал, в результате и на его выходе установится сигнал 1 диница, свидетельству о сбое или vrasanHOM отказ канала системы управления, упрявляю- iiiom одним тиристором 15.

Элемент 25 задержки предназначен для исключения возможности появления ложного сигнала Пробой в момент коммута ции одного тиристора 15 и тиристора 14. При коммутации возникает промежуток времени одновременной проводимости двух пентилей. Отсутствие элемента 25 задержки привело бы в данной ситуации к тому, что на прямой вход элемента ЗАПРЕТ 22 продолжал бы поступать сигнал. Единица от датчика 6 тока, а на инверсный нулевой сигнал от установленного в нулевое состояние второго триггера 23 импульсом от второго элемента 18 развязки в момент прихода управляющего импульса на тиристор 14. В результате на время, равное времени коммутации вентилей, на выходе элемента ЗАПРЕТ 22 появился бы единичный сигнал, свидетельствующий о ложном пробое одного тиристора 15. Такую ситуацию исключает элемент 25 задержки. Его применение по- звопяет также осуществлять и защиту от токов перегрузки и короткого замыкания в нагрузке, так как с ростом тока нагрузки увеличивается угол коммутации вентилей (продолжительность их одновременной проводимости) вследствие наличия индуктивного сопротивления обмоток питающего трансформатора. Так, если время задержки расчитать по формуле

t - .

(О

где

у arccos( ) - а,

причем у- угол коммутации тиристоров;

а- угол управления тиристорами;

Id - значение тока нагрузки;

Елт - амплитудное значение линейного напряжения питающего трансформатора;

Хф - индуктивное сопротивление обмоток трансформатора;

а) круговая частота питающего напряжения,

то при превышении Id больше допустимого значения (при перегрузке и коротком замыкании в нагрузке) сработает защита, ибо время коммутации превысит время выдержки элемента 25 задержки. При этом на инверсном входе элемента ЗАПРЕТ 22 логический нуль появится раньше, чем на прямом входе, так как второй триггер 23 установится в нулевое состояние раньше, чем на прямом входе появится нулевой сигнал от закончившего работу датчика 6 тока. В результате срабатывает защита.

Устройство прои водит контроль и сигнализацию о состоянии одного тиристора и одного кяналп системы управления, а также

исключает появление ложного сигнап Пробои одного тиристора 15 в момент его коммутации. Кроме того, устройство производит защиту от токов перегрузки и короткого замыкания в нагрузке в промежутке работы одного тиристора 15. При использовании устройства в трехфазной схеме преобразователя тиристор 13 совмещается с тиристором 16, так как тиристор 16, являясь

предшествующим по порядку коммутации для тиристора 15, одновременно становится для него в трехфазном мосте тиристором, следующим по порядку коммутации через один такт. При этом четвертый элемент 20

5 развязки совмещается соответственно с третьим элементом развязки.

Наличие четырех выходов с каждого канала устройства позволяет путем выведения их на блок индикации определить

0 характер и место неисправности посте отключения преобразователя за счет этих же сигналов. При перегрузке и коротком замыкании в нагрузке сигнал произойдет по каналу Пробой. Для определения вида

5 неисправности - пробой вентиля или перегрузка (короткое замыкание в нагрузке) - необходимо произвести повторное включение преобразователя. Если сигнал Пробой прошел по другому каналу (устройству диаг0 ностирования и защиты другого вентиля преобразователя), то это означает, что защита сработала от перегрузки или короткого замыкания в нагрузке.

5 Формула изобретения

Устройство для функционального диагностирования и защиты тиристорного преобразователя, содержащее датчики тока по числу тиристоров преобразователя, пред0 назначенные для установки последовательно с соответствующими тиристорами, элементы развязки по числу тиристоров, / предназначенные для подключения входами к управляющим переходам соответству5 ющих тиристоров, и идентичные каналы по числу контролируемых тиристоров, каждый из которых содержит первый триггер, установочным выходом подключенный к одному входу первого выходного элемента И, эле0 мент ЗАПРЕТ, прямым входом подключенный к выходу датчика тока, включенного последовательно с одним соответствующим тиристором, и элемент задержки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что. с целью расширения

5 функциональных возможностей путем опре деления неисправных каналов СИСТРММ уп равления, защиты преобразователя от

ТОКОВ ПеОефу31 И И КОПОТЬ ГО лч .ю В

нагрузке, а исключи-и-ч л..ч г иг, p,j батывания защи(ы при од но ипомеи но ч м,г.«

мутации двух вентилей, оно снабжено вторым, третьим и четвертым триггерами и вторым и третьим выходными элементами И, причем установочный вход второго триггера соединен с выходом первого элемента раз- вязки, сбрасывающим входом четвертого триггера и одним входом второго элемента И, сбрасывающий вход второго триггера подключен к выходу элемента задержки и сбрасывающему входу первого триггера, ус- тановочный вход третьего триггера соединен выходом второго элемента развязки и входом элемента задержки, сбрасывающий вход третьего триггера подключен к другому входу второго элемента И и к выходу четвер- того элемента развязки, установочный вход четвертого триггера подключен к выходу третьего элемента развязки, выход четвертого триггера подключен к одному входу третьего элемента И, другой вход которого подключен к выходу третьего триггера, другой вход первого элемента И связан с выходом второго триггера и инверсным входом элемента ЗАПРЕТ, выход первого элемента развязки одного канала подключен к уста- новочным входам третьего и четвертого триггеров других каналов, контролирующих тиристоры, коммутация которых предшествует коммутации одного тиристора и следует после коммутации одного тиристора, а

также к сбрасывающему входу третьего триггера канала, контролирующего тиристор, коммутация которого на два такта опережает коммутацию одного тиристора, выход второго элемента развязки одного канала подключен кустановочным входам второго и четвертого триггеров других каналов, контролирующих тиристоры, коммутация которых соответственно на один и два такта следует позже коммутации одного тиристора и к сбрасывающему входу третьего триггера канала, контролирующего тиристор, коммутация которого предшествует коммутации одного тиристора, выход третьего элемента развязки одного канала подключен к установочным входам второго и третьего триггеров каналов, контролирующих тиристоры, соответственно, коммутация которых на один и два такта опережает комму- тацию одного тиристора, а также к сбрасывающему входу третьего триггера канала, контролирующего тиристор, коммутация которого на три такта опережает коммутацию одного тиристора, выход четвертого элемента развязки подключен к установочным входам второго, третьего и четвертого триггеров каналов, контролирующих тиристоры, коммутация которых соответственно на один, два и три такта следует позже коммутации одного тиристора.

Изобретение относится к области электротехники. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем определения неисправных каналов систем управления, защиты преобразователя от токов перегрузки и короткого замыкания в нагрузке, а также исключения ложного срабатывания защиты при одновременной коммутации двух вентилей Цель достигается благодаря тому, что сигналы с выходов датчиков тока (по числу тиристоров) и элементов развязки (по числу тиристоров), поступая на входы соответствующего канала через элементы развязки логически обрабатываются и на выходах элементов ЗАПРЕТ и выходах первого, второго и третьего элементов И формируется комбинация сигналов, подаваемая на вход блока индикации, дающая информацию о пробое, ложном сигнале управления, отсутствии сигнала управления или обрыве в силовой части контролируемого тиристора. Наличие четырех выходов с каждого канала позволяет путем вывода их на блок индикации определить характер и место неисправности после отключения преобразователя. При перегрузке или коротком замыкании в нагрузке сигнал контроля пройдет как сигнал о пробое тиристора 1 ил. (Л С