Устройство для защиты тиристорного преобразователя от аварийных токов Советский патент 1992 года по МПК H02H7/12 

со

С

Изобретение относится к электротехнике. Сущность изобретения: устройство содержит подвижный и неподвижный силовые контакты 1 и 2, служащие для подключения входного вывода тиристорного преобразователя и выходного вывода сети переменного тока, пружину 3, разомкнутый магнитопровод 4, на котором расположена удерживающая катушка 5 и размагничивающая катушка 6, цепочку последовательно со- единенных тиристора 7 и резонансной LC-цепи 8,9, подключенной к размагничивающей катушке, датчик тока 10, выпрямитель 11, компаратор 12, формирователь уставки тока 13, формирователь импульсов управления 14, зарядный узел 15, ограничительный резистор 16. 2 ил.

vj -Ьь

hO

ю

со

Изобретение относится к электротехнике и может быть применено в устройствах токовых защит силовых цепей тиристорных преобразователей тяговых приводов электроподвижного состава переменного тока как с коллекторными, так и с бесколлекторными тяговыми двигателями.

Известно устройство для защиты от ава- рийных токов тиристорного преобразовате- ля, представляющее собой главный выключатель, установленный в первичную цепь тягового трансформатора электроподвижного состава переменного тока, содержащий силовые контакты, пневмосистему с клапанами, рычажную систему, датчик тока, отключающий электромагнит, подключенный к выходу датчика тока.

Недостатком известного устройства является низкое быстродействие и, следовательно, низкая эффективность защиты от аварийных токов.

Указанный недостаток обусловлен тем, что в момент возникновения перегрузки по току и последующего возбуждения отключающего электромагнита приводится в деист- вне механическая рычажная система, воздействующая на выключающий клапан, в результате чего воздух из главного резервуара пневмосистемы начинает поступать в дугогасительную камеру, затем при дости- жении давления воздуха в дугогасительной камере определенной величины производится размыкание силовых контактов, при этом подвижный контакт, сдвигаясь под действием давления воздуха, преодолевает давление нажимной пружины. Таким образом, поскольку процесс срабатывания механической системы отключения и процесс нагнетания давления воздуха в дугогасительной камере пневмосистемы протекает в течение длительного интервала времени при отключении аварийного тока, можно утверждать, что известное устройство защиты обладает низким быстродействием.

Общими признаками данного известно- го технического решения и предлагаемого изобретения являются силовые контакты, один из которых подвижный, и датчик тока.

Известно также устройство для защиты от аварийного тока тиристорного преобра- зователя, содержащее подвижный и неподвижный силовые контакты, магнитопровод, удерживающую и размагничивающую катушки, размещенные на магнитопроводе, магнитный шунт, подключенный параллель- но размагничивающей катушке и одним выводом подключенный к одному из силовых контактов, пружину, закрепленную между корпусом устройства и подвижным контактом.

Недостатком известного устройства является низкое быстродействие защиты от аварийных токов тиристорного преобразователя.

Указанный недостаток обусловлен тем, что при питании тиристорного преобразователя переменным током в момент возникновения перегрузки устройство способно отключить аварийный ток только в течение одного из полупериодов переменного тока, а именно, в течение того полупериода, когда направление магнитного потока в магнитопроводе, созданного аварийным током в размагничивающей катушке, направлено навстречу магнитному потоку удерживающей катушки. Таким образом, поскольку максимальное время отключения аварийного тока в сети переменного напряжения частотой 50 Гц составляет более 12-14 мс, можно утверждать, что известное устройство обладает низким быстродействием защиты.

Обшими признаками данного известного технического решения и предлагаемого изобретения являются подвижный и неподвижный силовые контакты, пружина, закрепленная между основанием устройства и подвижным контактом, магнитопровод, удерживающая и размагничивающая катушки, размещенные на магнитопроводе.

Для современных полупроводниковых преобразователей устройств электроподвижного состава требуется высокая надежность работы силовых элементов, стойкость к аварийным перегрузкам, быстродействующая защиты от аварийных токов. Одним из способов надежной защиты силовых полупроводниковых приборов управляемых преобразователей тяговых приводов электровозов переменного тока является применение быстродействующих устройств защиты от аварийных токов в первичных цепях преобразователей. Таким образом, проблема создания быстродействующих устройств защиты является актуальной задачей.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, а именно, повышение эффективности защиты от аварийных токов за счет увеличения быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство защиты тиристорного преобразователя от аварийных токов, содержащее выключатель, выполненный в виде подвижного и неподвижного силовых контактов, предназначенных для последовательного включения в защищаемую цепь, пружину, закрепленную между корпусом выключателя и подвижным контактом, маг- нитопровод с размещенными на нем удерживающей катушкой, подключенной к источнику постоянного тока, и размагничивающей катушкой, дополнительно вводятся датчик тока, двухполупериодный выпрямитель, компаратор, источник напряжения ус- тавки тока, тиристор, формирователь импульсов управления тиристором, резистор, вспомогательный источник питания, резонансная LC-цепь, содержащая по крайней мере два дросселя и два конденсатора, причем выход датчика тока, включенного в защищаемую цепь, через двухполупериодный выпрямитель подключен к первому входу компаратора, второй вход которого соединен с выходом источника напряжения уставки, а выход компаратора через формирователь импульсов управления тиристором подключен к управляющему электроду тиристора, при этом отрицательный вывод вспомогательного источника питания сое- динен с катодом тиристора и с первыми выводами всех конденсаторов, вторые выводы которых подключены к первым выводам соответствующих дросселей, соединенных между собой последователь- но, положительный вывод вспомогательного источника питания через резистор подключен к второму выводу одного из дросселей, несоединенному с конденсатором, и к первому выводу размагничиваю- щей катушки, второй вывод который подключен к аноду тиристора.

Введение датчика тока.двухполупериод- ного выпрямителя, источника напряжения уставки тока, компаратора и формирователя импулыов управления тиристором, соединенных указанным способом, позволяет обнаружить момент превышения силовым током допустимой величины и сформировать сигнал на срабатывание защиты от ава- рийного тока, введение зарядного узла и цепочки последовательно соединенных тиристора и резонансной распределенной LC- цепи, соединенных указанным образом, позволяет по сигналу защиты сформировать импульс тока, который протекая через размагничивающую катушку, создает в магни- топроводе магнитный поток, равный по величине и противоположный по направлению магнитному потоку, созданному удер- живающей катушкой.

В результате снижения суммарного магнитного потока силовые контакты выключателя перестают удерживаться в замкнутом состоянии, подвижный контакт под действием растягивающей пружины сдвигается в отключенное состояние ,что разрывает цепь протекания аварийного тока и защищает силовые элементы тиристорного преобразователя. Поскольку освобождение

подвижного силового контакта из включенного состояния осуществляется за короткий промежуток времени, складывающийся из времени фиксации аварийного тока и формирования импульса управления (доли микросекунд), времени включения тиристора (единицы микросекунд) и времени размагничивания сердечника магнитопровода (десятки микросекунд), зависящего от скорости нарастания импульса тока LC-цепи и не зависящего от направления протекания силового тока, повышается быстродействие и эффективность защиты от аварийных токов.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы токов.

Устройство содержит подвижный и неподвижный силовые контакты 1 и 2, служащие для подключения входного вывода тиристорного преобразователя и выходного вывода сети переменного тока, пружину 3, магнитопровод 4, на котором расположены удерживающая катушка 5 и размагничивающая катушка 6, расположенная на дополнительном сердечнике магнитопровода, цепочку последовательно соединенных тиристора 7 и резонансной LC-цепи 8 и 9, подключенной к размагничивающей катушке 6, датчик 10 тока, выходом подключенный к входу двухполупериодного выпрямителя 11, который своим выходом подключен к одному входу компаратора 12, к второму входу которого подключен выход источника 13 напряжения уставки тока, формирователь 14 импульсов управления тиристором, входом подключенный к выходу компаратора 12 и выходом подключенный к управляющему электроду тиристора 7. вспомогательный источник 15 питания, через ограничительное сопротивление 16 подключенный к зажимам резонансной LC-цепи 8 и 9.

Устройство работает следующим образом.

Пусть в исходном состоянии удерживающая катушка 5 запитана от источника постоянного напряжения 1)5(ток15) , за счет чего в магнитопроводе создается магнитный поток, подвижный силовой контакт 1 находится во включенном положении за счет удержания его якоря (не показан) притянутым к магнитопроводу 4 в месте воздушного зазора, при этом пружина 3 находится в растянутом состоянии. Через замкнутые контакты 1 и 2 протекает силовой переменный ток преобразователя, величина которого контролируется датчиком 10 тока. Если контролируемый ток преобразователя, выпрямленный с помощью выпрямителя 11, превышает по величине уставку максимально допустимого тока на выходе источника 13 напряжения уставки тока, то выход компаратора 12 из нулевого состояния, в котором он находился первоначально, переключается в единичное состояние. В момент переключения компаратора 12 формирователь импульсов управления тиристором 14 формирует короткий импульс управления, по которому включается тиристор 7. Под действием напряжения заряда конденсатора 9 (полярность указана на фиг. 1), заряженного от вспомогательного источника 15 напряжения,.через ограничительное сопротивление 16 протекает импульс тока по цепи , 9, 8, 6, 7, - 9, создавая в катушке 6 магнитный поток, направленный встречно магнитному потоку, созданному удерживающей катушкой 5. Величина импульса ie выбирается за счет подбора параметров LC-цепи и величины напряжения Ui5 такой, чтобы результирующий ток i,;, представляющий собой разницу между током катушки Is и приведенным значением тока катушки Ге , на интервале времени f|-t2 (фиг.2) был близок к нулю. В результате суммарный результирующий магнитный поток на интервале времени ti ta также становится близким к нулю , подвижный контакт 1 теряет удерживающую силу, притягивающую его якорь к магнито- проводу4,и под действием растянутой пружины 3 переходит в выключенное состояние, силовые контакты размыкаются, что защищает тиристорный преобразователь от аварийного тока. Возврат силового контакта 1 вновь во включенное положение осуществляется любым из известных способов.

Поскольку резонансная LC-цепь выполнена в виде цепи с распределенными LC-na- раметрами (по крайней мере два дросселя и два конденсатора), форма импульса тока более приближена к прямоугольной (фиг.2б, что (по сравнению со случаем применения обычной резонансной цепи с сосредоточен- ными параметрами, фиг.2а) позволяет уменьшить время достижения суммарного тока (потока) нулевого значения (интервал времени 0-ti), увеличить интервал времени ti-t2 , необходимый для перемещения якоря контакта 1 до потери удерживающей силы, притягивающей якорь к магнитопроводу, и этим обеспечить более эффективную защиту от аварийных токов.

Предлагаемое устройство позволяет фиксировать аварийный ток и производить размыкание силовых контактов независимо от направления протекания силового тока,

как в положительный, так и в отрицательный полупериоды, чем обеспечивается повышение быстродействия защиты.

Выполнение резонансной LC-цепи в виде цепи с распределенными параметрами позволяет сократить время, за которое суммарный магнитный поток и удерживающая сила якоря подвижного контакта достигают нулевого значения, что также обеспечивает

повышение быстродействия защиты тири- сторного преобразователя от аварийных токов.

Формула изобретения Устройство для защиты тиристорного

преобразователя от аварийных токов, содержащее выключатель, выполненный в виде подвижного и неподвижного силовых контактов, предназначенный для последовательного включения в защищаемую цепь,

пружину, закрепленную между корпусом выключателя и подвижным контактом, маг- нитопровод с размещенными на нем удерживающей катушкой, подключенной к источнику постоянного тока, и размагничивающей катушкой, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и быстродействия при работе в цепи переменного тока, введены датчик тока, двухполупериодный выпрямитель, компаратор, источник напряжения уставки, формирователь импульсов управления тиристором, резистор, вспомогательный источник питания, резонансная LC-цепь, содержащая по крайней мере два дросселя и

два конденсатора, причем выход датчика тока, предназначенного для включения в защищаемую цепь, через двухполупериодный выпрямитель подключен к первому входу компаратора, второй вход которого соединен с выходом источника напряжения уставки, а выход компаратора через формирователь импульсов управления тиристором подключен к управляющему электроду тиристора, при этом отрицательный

вывод вспомогательного источника питания соединен с катодом тиристора и первыми выводами всех конденсаторов резонансной LC-цепи, вторые выводы которых подключены к первым выводам соответствующих

дросселей, соединенных между собой последовательно, положительный вывод вспомогательного -источника питания через резистор подключен к второму выводу одного из дросселей, несоединенному с конденсатором, и к первому выводу размагничивающей обмотки выключателя, второй вывод которой подключен к аноду тиристора.

Фиг. 2