1
(21)4812740/07 (22) 10.04 90 (46)07.09.92. Бюл. N 33
(71)Уральское отделение Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта
(72)О. И. Новиков
(56)Полупроводниковые выпрямители / Под ред. Ф.И. Ковалева, изд. Энергия, 1967, с. 358- 359.
Авторское свидетельство СССР Nfe 702455, кл Н 02 Н 7/10, 1976.
(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СИГНАЛИЗАЦИИ ПРОБОЯ ДИОДОВ ВЫПРЯМИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
(57)Сущность изобретения- устройство содержит 3 блока сравнения напряжений и
один блок индикации, причем блок сравнения включает 4п измерительных цепей, каждая из которых имеет 1 диод (4), 1 первый резистор и 1 резистор, шунтирующий ее конденсатор, 2 ключевых элемента 2 измерительных элемента, которые выполнены в виде реле напряжения с обмотками и группами контактов, причем диоды измеритель- ных цепей включены встречно по отношению к диодам выпрямительной установки. При пробое одного или нескольких диодов выпрямительной установки нарушается равенство напряжений в контурах соответствующего блока сравнения. В этом случае устройство срабатывает, его блок индикации, запоминает и выдает информацию о наличии пробитых диодов в выпрямительной установке. 2 ил.
Ё
Изобретение относится к устройствам защиты силовых полупроводниковых выпрямителей, предназначено для получения информации о техническом состоянии и защиты диодов, может быть использовано в выпрямительных преобразователях, включая выпрямительные установка тепловозов с электропередачей переменно-постоянного тока.
Известны устройства для контроля технического состояния последовательно соединенных полупроводниковых элементов силовых преобразователей (а. с. № 481963, а. с. N 712893. а. с. N 955345). Такие устройства имеют сложное исполнение, которое может быть оправдано при использовании этих устройств в тиристорных преобразователях определенных классов (инверторы с коммутирующими тиристорами, преобразователи для питания нагрузки с изменяющейся реактивной мощностью). Использование таких устройств для сигнализации пробоя диодов выпрямительных установок является нецелесобразным.
Наиболее близким к изобретению по совокупности технических средств является устройство (а. с. № 702455) Это устройство обеспечивает сигнализацию пробоя последовательно соединенных диодов выпрямительной установки путем сравнения напряжения конденсаторов, которые запоминают обратного напряжения контролируемых диодов. Известное устройство имеет большое количество элементов и поэтому является сложным техническим средством.
Целью изобретения является упрощение устройства.
Сущность изобретения заключается в следующем. Известное устройство, которое
4 О О
ел о
- Ј1еспечивает сигнализацию пробоя диодов выпрямительной установки, состоящей из дпух параллельно соединенных трехфазных мостовых выпрямителей с п последовательно соединенными диодами в каждом плече, дополняют промежуточным реле, индикатором, кнопкой и п-1 измерительной цепью. Каждая такая цепь подключена параллельно диоду выпрямительной установки и состоит из последовательно соединенных диода, резистора и конденсатора, который зашунтирован вторым резистором. Введение в схему устройства дополнительных элементов позволяет сократить общее количество элементов устройства и таким обра- эом упростить его.
На фиг, 1 показана принципиальная электрическая схема выпрямительной установки; на фиг. 2 - устройство сигнализации пробоя ее диодов
Выпрямительная установка состоит из двух трехфазных обмоток 1 синхронного генератора, как это имеет место на тепловозе, или аналогичных обмоток трансформатора и двух трехфазных мостовых выпрямителей. В каждое плечо мостовых выпрямителей включены два последовательно соединенных диода 2. В общем случае каждое такое плечо может иметь п последовательно соединенных диодов. Мостовые выпрямители соединены своими выходами параллельно и подключены к минусовому (-) и плюсовому (-) выходным выводам выпрямительной установки, к которым подключается ее нагрузка (на схеме не показана). На теплово- зе нагрузкой выпрямительной установки являются тяговые электродвигатели. Системы трехфазных напряжений обмоток 1 могут быть сдвинуты друг относительно дру га на люрой угол. В выпрямительных ус- тановках тепловозов этот угол составляет 30 град. эл.
Устройство состоит из трех блоков 3 сравнения напряжений (см фиг. 1) и одного блока 11 индикации (см фиг. 2).
Блок 3 включает в себя 4п измерительных цепей, каждая из которых имеет диод 4. первый резистор 5 и резистор 6. шунтирующий ее конденсатор 7, два ключевых элемента 8, два измерительных элемента, которые выполнены в виде реле напряжения с обмотками 9.1, 10.1 и группами кон- тактов9.2, 102 (см. фиг. 2) В измерительных цепях диоды 4 включены встречно по отно шению к диодам 2 выпрямительной уста- новки. Измерительные цепи, которые подключены непосредственно к выходным выводам выпрямительной установки, являются первыми измерительными цепями На схеме фиг. 1 показаны ключевые элементы
8, которые выполнены на антипараллельно соединенных динисторах, .Эти элементы могут быть выполнены и на других полупроводниковых приборах, например, на тиристорах и стабилитронах, которые включены в их цепи управления.
Блок 11 индикации (см. фиг. 2) имеет кнопку 12 с размыкающим контактом, промежуточное реле 13 с обмоткой 13.1 и контактами 13.2, 13.3 и 13.4, индикатор 14 (на схеме показан световой индикатор) и клеммы 15 для подключения блока 11 к вспомогательному источнику питания, который на схеме не показан, Каждая пара контактов 13.3 и 13.4 реле 13 включена в измерительные элементы (см. фиг. 1) блока 3. Включенные в цепи блока 11 контакты 9.2 и 10.2 принадлежат к реле напряжения блоков 3, имеющим обмотки 9.1 и 10.1 (см. фиг. 1). Каждая пара контактов 9.2 и 10.2 принадлежит к реле напряжения одного блока 3.
Устройство работает в такой последовательности.
В рабочих режимах выпрямительной установки ее мостовые выпрямители выпрямляют трехфазное переменное напряжение обмоток 1. Выпрямленное напряжение поступает в нагрузку выпрямительной установки.
В процессе выпрямления к диодам 2 в интервалы времени, когда они не проводят ток, прикладывается обратное напряжение. Под действием этого напряжения конденсаторы 7 измерительных цепей заряжаются. Конденсатор 7 каждой измерительной цепи заряжается через диод 4 и резистор 5 до напряжения, которое имеет полярность по- на схеме фиг. 1.
В интервалы времени, когда диоды 2 проводят ток и обратное напряжение на них отсутствует, происходит разряд конденсаторов 7 через резисторы 6. При этом диоды 4 препятствуют разряду конденсаторов 7 через диоды 2, которые проводят ток и имеют в этом режиме небольшое сопротивление.
При выбранных определенным образом и одинаковых параметрах резисторов 5, 6 и конденсаторов 7 они заряжаются за время действия обратного напряжения до его амплитудного значения. За время протекания по диодам 2 тока напряжение конденсаторов 7 уменьшается на незначительную величину. Поэтому имеет место запоминание конденсаторами 7 величины обратного напряжения диодов 2.
Если происходит изменение напряжения обмоток 1, то пропорционально этому напряжению меняются обратное напряжение диодов 2 и напряжение конденсаторов
7, При уменьшении (увеличении) напряжения обмоток 1 происходит дополнительный разряд (заряд) конденсаторов 7. Процесс дополнительного заряда конденсаторов 7 не создает запаздывания между изменениями напряжения обмоток 1 и напряжения конденсаторов 7. Так как конденсаторы 7 обладают свойством запоминания напряжения, то процесс дополнительного разряда конденсаторов 7 происходит с некоторым запаздыванием относительно изменения напряжения обмоток 1.
Если выпрямительная установка не имеет пробитых диодов, то в ее рабочих режимах, которые сопровождаются изменением (преднамеренным регулированием) напряжения обмоток 1, напряжение конденсаторов 7 имеет одинаковую величину и полярность, которая показана на схеме фиг. 1. В таких режимах в контурах блока 3, образованных двумя конденсаторами 7, которые подключены к минусовому (плюсовому) выводу выпрямительной установки, верхним (нижним) ключевым элементом 8, обмоткой 9,1 (10.1) реле - напряжения, контактом 13.3 (13.4) промежуточного реле 13, напряжения конденсаторов уравновешивают друг друга. Поэтому напряжение не прикладывается к ключевым элементам 8 и к обмоткам 9.1, 10.1 реле напряжения.
При пробсе одного или нескольких диодов 2 нарушается равенство напряжений в таких контурах соответствующего блока 3. В этом случае устройство срабатывает его блок 11 запоминает и выдает информацию о наличии пробитых диодов в выпрямительной установке.
Рассмотрим работу устройства для характерных случаев пробоя диодов 2 выпрямительной установки.
Если пробивается нижний диод 2 левого верхнего плеча левого мостового выпрямителя, то напряжение конденсатора 7 измерительной цепи, которая шунтирует пробившийся диод 2, уменьшается. При этом увеличивается напряжение конденсатора 7 измерительной цеди, которая шунтирует диод 2, включенный последовательно с пробившимся диодом 2. Конденсатор 7, напряжение которого возросло, входит в контур, образованный верхним ключевым элементом 8, обмоткой 9.1, реле напряжения, контактом 13.3 реле 13 и вторым конденсатором 7 (правый верхний на фиг. 1), напряжение которого после пробоя диода 2 не изменилось. Величина разности напряжений конденсаторов 7 рассматриваемого контура зависит от количества последовательно соединенных диодов в плечах мостовых выпрямителей и характера
повреждения. Например, при пробое одного из двух последовательно соединенных диодов наибольшая величина этой разности равна 1 /2 части обратного напряжения пле- ча. Если плечо имеет три последовательно соединенных диода и пробился один из них. то предельное значение разности составляет не более 1/3 части обратного напряжения плеча.
0Появившаяся после пробоя диода 2 в
рассматриваемом контуре блока 3 разность напряжений конденсаторов 7 прикладывается к ключевому элементу 8 достигнет его напряжения включения. После этого ключе5 вой элемент 8 замыкает цепь и разность напряжений конденсаторов 7 прикладывается к обмотке 9.1 реле напряжения, которое срабатывает и замыкает свой контакт 9.2 в блоке 11. После замыкания контакта
0 9.2 напряжение поступает на обмотку 13.1 реле 13 блока 11. Это реле срабатывает, замыкает контакт 13.2 и размыкает контакты 13.3 и 13.4,
Замкнувшийся контакт 13.2 обеспечи5 вает независимое от положения контакта 9.2 питание от вспомогательного источника обмотки 13.1 реле 13 и светового индикатора 14. После этого индикатор 4 начинает светиться, указывая о наличии пробитых ди0 адов в выпрямительной установке. Благодаря использованию в блоке 11 контакта 13.2 промежуточного реле 13, который обеспечивает его самоблокировку, этот блок запоминает на сколько угодно длительное время
5 информацию в пробое диодов и отображает ее в удобной для визуального восприятия световой форме.
Размыкание контакта 13.4 не вызывает каких-либо изменений в схеме устройства.
0 Разомкнувшийся контакт 13.3 снимает напряжение с обмотки 9.1 реле напряжения блока 3. На этом заканчивается цикл контроля устройством технического состояния диодов выпрямительной установки.
5 Для повторного контроля нажимают кнопку 12, она размыкает свой контакт и напряжение снимается с обмотки 13.1 реле 13 и с индикатора 14 блока 11. После этого индикатор 14 прекращает светиться, реле
0 13 отпадает, размыкает контакт 13.2 и замыкает контакты 13.3 и 13.4. Благодаря размыканию контакта 13.2 реле 13 оно продолжает находиться в обеспеченном состоянии после того, когда при незамкнутых
5 контактах 9,2 и 10.2 кнопка 12 отпущена и ее контакт замкнул цепь. После замыкания контактов 13.3 и 13.4 при наличии имеющей соответствующую величину разности напряжения конденсаторов 7 снова сначала замыкает цепь ключевой элемент 8. затем
срабатывает реле напряжения блока 3. Долее устройство работает в такой последовательности, которая уже описана, и снова начинает светиться индикатор 14 блока 11, указывая на наличие пробитых диодов 2. Если после повторного цикла контроля индикатор 14 не загорается, то это указывает на то, ч.то в первый раз устройство либо сработало от помехи, либо имело место временное ухудшение состояния изоляции изолирующих конструкций выпрямительной установки. Затем изоляция улучшалась, например, влага испарилась, изолирующая поверхность очистилась от пыли и поэтому после повторного контроля индикатор 14 не излучает свет.
При пробое верхнего диода 2 в том же плече, для которого рассматривался пробой его нижнего диода 2, напряжение конденсатора 7 измерительной цепи исправного диода 2 увеличивается, а напряжение конденсатора 7 измерительной цепи поврежденного диода 2 уменьшается. Последнее вызывает неравенство напряжений конденсаторов 7 соответствующего контура блока 3. После этого устройство сигнализации работает в описанной последовательности.
Формула изобретения Устройство для сигнализации пробоя диодов выпрямительной установки, выполненной в виде включенных параллельно между собой и подключенных к ее выходным выводам трехфазных мостовых выпрямителей, в каждом из плеч которых п диодов соединены последовательно, содержащее вспомогательный источник питания, измерительные элементы, ключевые элементы, и на каждое из плеч первую измерительную цепь, состоящую из последовательно включенных диода, первого резистора и конденсатора, шунтированного вторым резистором, причем первые выводы диода и конденсатора первой измерительной цепи предназначены для подключения соответственно к первому выводу диода
выпрямительной установки и его второму выводу, соединенному с выходным выводом, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройстза. введены промежуточное реле, индикатор, кнопка с размыкающим контактом и в каждое из плеч п-1 измерительная цепь, аналогичная первой измерительной цепи, причем измерительные цепи предназначены для подключения параллельно соответствующим диодам выпрямительной установки так, что диоды измерительных цепей включены в направлении, встречном по отношению к соответствующему диоду выпрямительной установки, измерительный элемент выполнен в виде реле напряжения, при этом вторые выводы конденсаторов, объединенных первыми выводами и входящих в первые измерительные цепи, предназначенные для подключения к диодам разных трехфазных
мостовых выпрямителей, соединены через включенные последовательно обмотку реле напряжения, ключевой элемент и размыкающий контакт промежуточное реле, обмотка которого включена параллельно индикатору,
подключена к вспомогательному источнику питания через контакт и включенные между собой параллельно замыкающие контакты все« реле напряжения.
т
№ 1Л О ID Г159.2 92 9.2 10.2 10.2 10.1
15 0//
Фиг. 2.
13
L±e.j
#
