Устройство для защиты от перенапряжений непосредственного преобразователя частоты Советский патент 1992 года по МПК H02H7/12 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах частотнорегулируемого синхронного электропривода.

Известно устройство защиты инвертора источника тока от коммутационных перенапряжений с элементами защиты от перегрузки по току и напряжению, содержащее подсоединенную к входным клеммам двигателя схему подавления пиковых коммутационных перенапряжений с резисторами для рассеивания энергии коммутации, подключаемыми с помощью ключевых элементов на время, когда требуется рассеивание энергии.

Общим признаком известного устройства и заявляемого технического решения является наличие резисторов для рассеивания энергии, подключаемых с помощью ключевых элементов.

Недостатком указанного устройства является низкая надежность защиты, т.к. оно не обеспечивает защиту преобразователя в случае возникновения аварийных перенапряжений.

Известно также устройство для защиты преобразователя частоты, где защита осуществляется путем соединения входа и выходапреобразователячерезнеуправляемые выпрямители с устройством, содержащим конденсатор, резистор, датчик перенапряжений, который выдает сигнал на тиристор, и энергия перенапряжений рассеивается на резисторе.

Общие признаки известного технического решения и заявленного устройства: неуправляемые выпрямители, подключенные к входу и выходу преобразователя; резистор для рассеивания энергии перенапряжений; тиристор, выдающий сигнал на включение рассеивающего резистора.

Недостатком указанного устройства является низкая надежность защиты, т,к, не обеспечивается защита преобразователя при возникновении аварийных перенапряжений.

Наиболее близким техническим решением является устройство для защиты от перенапряжений непосредственного преобразователя частоты, принятое за прототип, содержащее первый неуправляемый выпрямитель, вход которого предназначен для подключения к входным выводам преобразователя, а выход подсоединен к конденсатору и разрядному элементу; второй неуправляемый выпрямитель, вход которого предназначен для подключения к выходным выводам преобразователя, а выход подключен параллельно выходу первого неуправляемого выпрямителя; тиристорный оптрон, светодиод которого через пороговый элемент подключен к выходам обоих неуправляемых выпрямителей; источник

опорного напряжения, соединенный через фототиристор оптрона с выходом устройства, предназначенным для подключения к аварийному входу блока управления преобразователем.

0 Общими признаками прототипа и заявляемого устройства являются: первый неуправляемый выпрямитель, вход которого . предназначен для подключения к входным выводам преобразователя; второй неуправ5 ляемый выпрямитель, вход которого предназначен для подключения к выходным выводам преобразователя, а выход подключен параллельно выходу первого неуправляемого выпрямителя; конденсатор и

0 разрядный элемент, подключенные параллельно выходам первого и второго неуправляемого выпрямителя; пороговый элемент; тиристорный оптрон, подсоединенный анодом светодиода к выходу порогового эле5 мента; источник опорного напряжения.

Однако, указанное устройство не обеспечивает надежную защиту тиристоров пре- обраователя частоты, т.к. в аварийных режимах при напряжении на тиристорах,

0 превышающем уровень срабатывания порогового элемента, блок управления преобразователем выдает сигнал на одновременное включение всех тиристоров, создавая, тем самым, трехфазное короткое замыкание

5 синхронного генератора и синхронного двигателя, что приводит к уменьшению их срока службы и срока службы коммутационной аппаратуры, и требует выбора тиристоров, рассчитанных на протекание аварийного то0 ка.

Поэтому задача создания устройств, обеспечивающих надежную защиту тиристоров преобразователя частоты, является актуальной на сегодняшний день.

5 Целью изобретения является повышение надежности защиты преобразователя частоты путем снятия управляющих импульсов с тиристоров преобразователя в аварийных режимах с одновременным гашением

0 напряжения на обмотках синхронного двигателя.

Поставленная цель достигается тем, что а известное устройство для защиты от перенапряжений непосредственного преобра5 зователя частоты, содержащее первый неуправляемый выпрямитель, вход которого предназначен для подключения к входным выводам преобразователя; второй неуправляемый выпрямитель, вход которого предназначен для подключения к выходным выводам преобразователя, а выход подключен параллельно выходу первого неуправляемого выпрямителя; конденсатор и разрядный элемент, подключенные параллельно выходам первого и второго неуправ- ляемого выпрямителя; пороговый элемент, подсоединенный своим входом к катодам диодов катодной группы второго неуправляемого выпрямителя; оптрон, подсоединенный анодом светодиода к выходу порогового элемента; источник опорного напряжения, подсоединенный своим выходом к аноду фототиристора оптрона, катод которого предназначен для подключения к аварийному входу блока управления преоб- разователя частоты, введены по числу фаз второго неуправляемого выпрямителя ключи и гасящие резисторы, причем, каждый ключ выходом подключен параллельно соответствующему диоду анодной группы вто- рого неуправляемого выпрямителя, а управляющим входом - к катоду светодиода оптрона, при этом, каждый гасящий резистор включен в соответствующее плечо второго неуправляемого выпрямителя между диодами анодной и катодной групп.

Введение ключей, подсоединенных соответствующими выходами параллельно соответствующим диодам анодной группы второго неуправляемого выпрямителя, а уп- равляющими входами - к катоду светодиода оптрона; гасящих резисторов, включенных в каждое плечо второго неуправляемого выпрямителя между диодами анодной и катодной групп, позволяет осуществлять защиту преобразователя частоты путем снятия управляющих импульсов тиристоров, что предотвращает протекание токов короткого замыкания через тиристоры, и одновременного подключения через ключи гасящих ре- зисторов, на которых при снятии управляющих импульсов гасится напряжение на обмотках синхронного двигателя, что повышает надежность защиты преобразователя частоты.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием дополнительно введенных ключей и гасящих резисторов и их связями с остальными элементами схемы.

На чертеже приведена схема устройства.

Схема содержит устройство 1 для защиты непосредственного преобразователя частоты 2, блок 3 синхронных генераторов 4, синхронный двигатель 5, управляемый выпрямитель 6 для питания обмотки возбуждения синхронного двигателя 5, блок управления 7 преобразователем частоты 2 и управляемым выпрямителем б, содержащий задающий генератор 8, блок снятия импульсов 9, усилитель выходных импульсов 10.

Устройство защиты 1 содержит первый неуправляемый выпрямитель, построенный на диодах 11...16, вход которого подсоединен к входным выводам-преобразователя частоты 2; конденсатор 17 и резистор 18, подсоединенные параллельно выходу первого неуправляемого выпрямителя; второй неуправляемый выпрямитель, построенный на диодах 19...24, вход которого подсоединен к выходным выводам преобразователя частоты 2, а выход подключен параллельно выходу первого неуправляемого выпрямителя; гасящие резисторы 25...27, включенные между анодами и катодами соответствующих диодов второго неуправляемого выпрямителя; ключи 28...30, подсоединенные параллельно диодам 19...21 второго неуправляемого выпрямителя; пороговый элемент 31, подсоединенный своим входом к катодам неуправляемых выпрямителей; управляемый ключ 32, подсоединенный своим управляющим входом к выходу порогового элемента 31, а управляющим выходом подключен к управляющим входам ключей 28...30; источник опорного напряжения 33.

Система: - блок синхронных генераторов 3 - преобразователь частоты 2 - синхронный двигатель 5 с обмоткой возбуждения, питаемой через управляемый выпрямитель 6 от независимого источника, представляет собой вентильный электропривод, выполненный по (4).

Блок управления 7 представляет собой систему формирования импульсов управления тиристорами, синхронизированную питающим напряжением и датчиком углового положения и задающую форму выходного напряжения преобразователя частоты 2. Блок управления 7 может быть выполнен одним из известных технических решений, например, (5).

В качестве гасящих резисторов 25.,.27 могут быть использованы серийно выпускаемые низкоомные резисторы соответствующей мощности.

Ключи 28...30 выполнены на базе тиристоров.

Пороговый элемент 31 выполнен на базе стабилитрона.

Управляемый ключ 32 представляет собой тиристорный оптрон.

Источник опорного напряжения 32 может быть реализован в виде параметрического стабилизатора напряжения, например (6).

В нормальных режимах работы тири- сторного преобразователя частоты 2 блок управления 7 вырабатывает импульсы управления тиристорами преобразователя 2 и управляемого выпрямителя 6. При этом, во всем диапазоне регулирования частоты вращения синхронного двигателя 5 напряжение на конденсаторе 17 ниже напряжения срабатывания порогового элемента 31, а поэтому в цепях управления оптрона 32 и ключей 28...30 отсутствует сигнал управления, На вход блока снятия управляющих импульсов 9 не поступает напряжение источника опорного напряжения 33.

В аварийных режимах работы возможно значительное повышение напряжения на тиристорах вплоть до величины, определяемой суммой линейных ЭДС питающего преобразователь напряжения и ЭДС синхронного двигателя. Эти режимы возникают, как правило, при сбоях в системе управления, либо при отключении питания системы управления.

Как только в аварийных режимах напряжение на тиристорах преобраователя частоты 2, а, следовательно, и на конденсаторе 17, достигнет уровня срабатывания порогового элемента 31, то в цепи управления оптрона 32 появляется сигнал управления. При этом, оптрон 32 включается. От источника опорного напряжения 33 поступает сигнал на вход блока снятия импульсов 9, который выдает сигнал на снятие управляющих импульсов с тиристоров преобразователя частоты 2 и управляемого выпрямителя 6.

Одновременно с включением оптрона 32 управляющие импульсы поступают на управляющие входы ключей 28..,30 и включают их. В результате к якорным обмоткам синхронного двигателя 5 подключаются гасящие резисторы 25...27, на которых при снятии управляющих импульсов с тиристоров преобразователя частоты 2 и управляемого выпрямителя 6 гасится напряжение на обмотках синхронного двигателя 5.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет осуществлять более надежную, по сравнению с прототипом, защиту непосредственного преобразователя частоты путем снятия управляющих импульсов с тиристоров преобразователя частоты в аварийных режимах с одновременным гашением напряжения на обмотках синхронного двигателя при помощи практически безынерционных управляемых ключей, что снижает уровень аварийных перенапряжений на тиристорах до 750-800

В и предотвращает протекание через них аварийных токов.

Формула изобретения Устройство для защиты от перенапряжений непосредственного преобразователя частоты, содержащее первый неуправляемый выпрямитель, вход которого предназначен для подключения к входным выводам преобразователя,

параллельно подключенные к выходу первого неуправляемого выпрямителя конденсатор, разрядный элемент и второй неуправляемый выпрямитель, вход которого предназначен для подключения к выходным выводам преобразователя, пороговый элемент, подсоединенный своим входом к катодам диодов катодной группы второго неуправляемого выпрямителя, оптрон, подсоединенный анодом светодиода к выходу

порогового элемента, и источник опорного напряжения, подсоединенный своим выходом к аноду фототиристора оптрона, катод которого предназначен для подключения к аварийному входу блока управления преобразователем частоты, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности защиты, оно снабжено по числу фаз второго неуправляемого выпрямителя ключами и гасящими резисторами, причем каждый ключ

выходом подключен параллельно к соответствующему диоду анодной группы второго неуправляемого выпрямителя, а управляющим входом - к катоду светодиода оптрона, при этом каждый гасящий резистор включен

в соответствующее плечо второго неуправляемого выпрямителя между диодами анодной и катодной групп.

Сущность изобретения: устройство для защиты преобразователя 2 содержит первый неуправляемый выпрямитель на 6-ти диодах 11-16, 1 конденсатор 17, 1 разрядный элемент 18, второй неуправляемый выпрямитель на 6-ти диодах 19-24. 3 гасящих резистора 25-27, 3 ключа 28-30, 1 пороговый элемент 31, 1 оптрон 32, 1 источник опорного напряжения 33. В аварийных режимах напряжение на конденсаторе 17 достигает уровня срабатывания порогового элемента 31. При этом оптрон 32 включается, и от источника опорного напряжения 33 поступает сигнал на снятие управляющих импульсов с тиристоров преобразователя 2 Одновременно с включением оптрона 32 управляющие импульсы поступают на управляющие входы ключей 28...30 и включают их. В результате к якорным обмоткам синхронного двигателя, являющегося нагрузкой преобразователя 2, подключаются гасящие резисторы 25...27. 1 ил. Ё V| XI 00 00 ел О