Тиристорный выпрямитель высокого напряжения Советский патент 1977 года по МПК H02P13/24 

Изобретение относится к тиристорным высоковольтным выпрямителям, содержащим ряд последовательно соединенных тиристоров и снабженным защитным прибором для самоподжига или восстановления. Известен тиристорный выпрямитель с защитным прибором для самоподжига, который работает по приннипу фиксации верхнего предела напряжения каждого тиристора и требует дорогостоящих измерителей на делителях напряжений 1. Наиболее близким к предложенному по технической сущности является тиристорный выпрямитель высокого напряжения с защитным прибором для самоподжига и восстановления, содержащий ряд последовательно соединенных тиристоров, каждый из которых снабжен управляющей цепью, общий блок управления с распределителем импульсов, который регулирует управляющую цепь, и с пороговым формирователем, выдающим индикаторный сигнал при переходе напряжения на соответствующем тиристоре в проводящем направлении через определенное значение, и блок защиты от самозажигания тиристоров восстановительной фазы, выдающий сигнал зажигания для запуска распределителя импульсов и зажигания всего выпрямителя, когда напряжение в проводящем направлении выпрямителя возрастает и еще недостаточное число тиристоров восстановило свою блокируюп1,ую способность. Недостатком этого устройства является низкая надежность от самопроизвольного ик.чючения тиристоров при отсутствии сигнала зажигания. Целью изобретения является повышение надежности выпрямителя путем обеспечения жесткопривязанной выдачи сигналов зажиганИя с предотвращением самозажигания любого из тиристоров до их выдачи. Это достигается тем, что в предложенном тиристорном выпрямителе высокого напряжения, содержащем ряд последовательно соединенных тиристоров, каждый из которых снабжен управляющей цепью, общий блок управления с распределителем импульсов, который регулирует управляющую цепь, п с пороговым формирователем, выдающим индикаторный сигнал при переходе напряжения на соответствующем тиристоре в проводящем направлении через определенное значение, и блок защиты от самозажигания тиристоров восстановительной фазы, выдающий сигнал зажигапия для запуска распределителя импульсов и зажигания всего выпрямителя, когда напряжение в проводящем направлении выпрямителя возрастает и заранее заданное определенное число тиристоров не восстановило свою блокирующую способность, блок защиты от самозажигания снабжен детекторными блоками, линией задержки, счетчиком импульсов, запоминающим блоком и выходным блоком сравнения. Причем детекторные блоки подключены к линии задержки, формирующей первый сигнал при поступлении индикаторных импульсов или после детектирования возросщего напряжения на всем выпрямителе, счетчик для регистрации поступления индикаторных импульсов с пороговых формирователей сигналов управляющей цепи, формирующий второй сигнал после получения определенного числа индикаторных импульсов, записанных в запоминающем блоке, подключен ко входу выходного блока сравнения первого и второго сигналов и выдачи сигнала зажигания в зависимости от взаимной последовательности первого и второго сигналов.Детекторный блок может быть снабжен формирователем сигнала времени и измерительным делителем напряжения, подсоединенным ко всему выпрямительному каскаду и к формирователю сигнала времени, формирующему первый сигнал через определенное время после перехода напряжения на выпрямителе в обратном (блокирующем) направлении определенного значения, выход которого подсоединен к выходному блоку сравнения, выдающему сигнал зажигания при поступлении второго сигнала от счетчика импульсов за время действия первого сигнала. Детекторный блок .может быть также снабжен измерительным делителем напряжения, формирующим первый сигнал, про порциональный напряжению на всем блоке выпрямителя, счетчик выполнен формирующим второй сигнал, пропорциональный подсчитанному числу индикаторных импульсов, а выходной блок сравнения, входы которого связаны со счетчиком импульсов и с измерительным делителем напряжения настроен так, что сравнивает первый и второй сигналы и выдает сигнал зажигания, если амплитуда первого сигнала превышает амплитуду второго сигнала. На фиг. 1 схематически изображен предложенный тиристорный выпрямитель высокого напряжения с блоками управления, общей цепью управления и защитным прибором для самоподжига; на фиг. 2 и 3 - их варианты. Выпрямитель содержит ряд последовательно соединенных тиристоров 1, вместе образующих тиристорный высоковольтный выпрямитель, блоки управления 2, подключенные выходами ко входам соответствующих детекторов 3, выполненных на фотодиодах и подключенных ко входам сумматора 4, блок 5 выдержки времени, счетчик 6, подключенный ко входу триггера 7, элемент 8 совпадения, сумматор 9, подключенный к выходному усилителю 10. Выпрямитель содержит также триггер 11, детекторы 12 блоков управления, выполненные на фотодиодах, сигнальные эмиттеры 13, выполненные нл светодиодах, световоды 14, измерители 15 отпирающих импульсов, выполненные на светодиодах, световоды 16, общий блок управления 17, резистивный измерительный делитель напряжения 18, сравнивающий элемент 19, усилитель 20, диод 21, дискриминатор 22, триггер 23, элемент совпадения 24. На каждый тиристор 1, который снабжен блоком управления 2 и детекторо.м 12 подаются отпирающие импульсы от общего блока управления 17 через сумматор 9, выходной усилитель 10, излучатели 15 и световоды 16. Тиристоры открываются при положительном анодном напряжении, когда его уровень достигнет величины срабатывания сигнального эмиттера 13. Световой импульс с высокого потенциала передается на потенциал земли с помощью световодов 14, прини.мается детекторами 3 и затем поступает на вход сум.матора 4, с которого передается сигнал к блоку 5 выдержки времени для сигналов поступающих с детектора 3. Блок 5 построен на основе моностабильного триггера, который переключается от входных сигналов с сумматора 4 и который, после вбсстановления через определенное время to по отношению к моменту поступления входных сигналов с сумматора 4, передает выходной сигнал на элемент совпадения 8. Это делается для того, чтобы блок 5 не смог сфор.мировать никакого выходного сигнала до тех пор, пока сигналы, поступающие с сумматора 4, находятся в интервале времени tg. Это время, т. е. время восстановления блока 5, выбирают таким, чтобы оно превыи1ало временные интервалы между сигналами с су.мматора 4, пока тиристоры окончательно восстановятся во времени под воздействием величины верхнего предела возрастающего напряжения тиристорного выпрямителя. В то же время to не должно быть очень большим, оно должно соответствовать приемле.мому росту верхнего предела напряжения на тиристорном выпрямителе, т. е. сигнал в конце интервала to должен быть выдан раньше, чем верхний предел напряжения тиристорного выпрямителя достигнет опасной величины для блокируемых тиристоров. Сигналы с детектора 3 поступают также на вход триггера 11, который связан со счетчиком б, имеющим характеристику порогового элемента. Для числа тиристоров в выпрямителе п число По должно быть выбрано по воз.можности таким, чтобы надежно блокировать напряжение в проводящем направлении тиристорного выпрямителя. Счетчик б устроен таким образом, чтобы, когда число сигналов п, с тригг.ера II достигнет По, сигнал передавался от счетчика б к отрицательному входу элемента совпадения 8. Триггер 11 регистрирует сигналы от детектора 3 независимо от последовательности и времени поступления, после триггера счетчик б способен подсчитать число блокируе.мых тиристоров. Между счетчиком 6 и элементом совпадения 8 имеется триггер 7, на который можно обратить внимание только как на переключатель, т. е. только на то, что он выдает сигнал на элемент совпадения. Функционирование его .можно пояснить следующим образом. По истечении времени to после самого последнего импульса с сумматора 4 блок 5 выдержки времени выдает сигнал на элемент совпадения 8. Сигнал с блока 5 позволяет, чтобы все

тиристоры, которым необходимо восстановить свое блокировочное состояние (запирающие свойства) за приемлемое время, имели бы это время и восстановили свое блокировочное состояние. Время to выбирают таким, по отношению ко времени роста напряжения тиристорного выпрямителя в проводящем направлении, чтобы число блокируемых тиристоров было достаточным для роста напряжения, поскольку тиристоры восстанавливаются за более короткий интервал времени, чем заданное время to.

В определенной точке эта процедура заканчивается, т. е. больше уже ни одного сигнала из блоков 2, 3 и 4 не выдается и проходит время to, пока верхний предел напряжения выпрямителя возрастает и достигает своей максимальной величины.

Сможет ли заблокироваться тиристорный выпрямитель от напряжения в дальнейшем, зависит от того, превышает ли число блокируемых тиристоров П; требуемое число По, которое чувствительно к счетчику 6. Если это произойдет, счетчик 6 выдаст сигнал на инверсный вход элемента совпадения 8, и если этому сигналу предшествует сигнал с блока 5, то все в порядке и ничего не случится, так как на элемент 8-поступает только сигнал с блока 5.

С другой стороны, если тиристоры восстанавливаются слишком поздно, т. е. если только несколько тиристоров восстановились, когда блок 5 выдает сигнал, на элемент совпадения 8 поступают сигналы по всем трем входам. Следовательно, сигнал поступает через сумматор 9 на вход выходного усилителя 10, который передает импульсы поджога на все тиристоры 1 с помощью излучателей 15 и световодов 16.

В этом случае достигается режим дополнительного подж1 га тиристорного выпрямителя, который вызывает одиночную ощибку переключения и небольшое нарушение в работе статического инвертора. По сравнению с перегрузкой тиристоров, которая обычно ведет к всеобщему пробою всех тиристоров, установленных в выпрямителе, и к результирующему выключению, такое нарушение является несущественным.

Триггер 7 предназначен для включения от сумматора 9 таким образом, чтобы совпадения 8 был бы готов для контроля после следующего интервала проводимости, после чего триггер выключается сигналом со счетчика 6. В этом случае не допускается функционирование элемента совпадения 8 вследствие возможности поступления на него новых импульсных последовательностей с сумматора 4, являющихся результатом переходных процессов увеличивающегося напряжения на тиристорном выпрямителе.

Триггер 11 должен выключаться в каждом проводящем интервале выпрямителя, что может быть осуществлено, например, управляю шими контрольными импульсами с сумматора 9.

Защитный прибор, показанный на фиг. 1, может быть изменен следующим образом.

Блок 5 выдержки времени изменяют таким образом, чтобы вместо регистрации последовательностей сигналов с 4 он бы регистрировал только первый из этих сигналов и после определенного времени ti передавал бы сигнал на элемент совпадения 8. Время t выбирают таким, чтобы можно было допустить, что достаточное число По тиристоров имело бы время для восстановления в течение этого периода, если они были повреждены. В этом случае блок 5 выдержки времени будет в некоторой степени более прост, но зато менее надежен для быстрорастущего напряжения на тиристоре. Время ti, кроме того, может зависеть от рабочих параметров тиристорного выпрямителя, больше всего-от тока нагрузки.

При применении измерительного деиителя напряжения, который очень дорог и может стоить больще тиристорного выпрямителя, блоком

5можно пренебречь и устройство приобретает вид, показанный на фиг. 2.

Выпрямитель имеет соединенный параллельно с ним резистивный измеряемьп 1 делитель напряжения 18, имеющий промежуточную гочку, связанную со сравниваюищм элемемгол; 19, на второй вход которого ппдается ciUna.i со счетчика 6, выходной сигнал с которог:) гпялю пропорционален числу п. восстанавливаемых тиристоров. Сигнал со счетчика 6 затеу) становится мерой текущего блокируемого состояния тиристорного выпрямителя, причем указанное состояние сравнивается с присутствующим верхним пределом напряжения выпрямителя и, если достаточно надежного запаса по напряжению нет, сравнивающий элемент 19 посылает сигнал на сумматор 9 для повторного поджога выпрямителя.

Кроме того, измерительный делитель напряжения 18 может быть связан с дискриминатором 22 посредством усилителя 20 и диода 21. Дискриминатор выдает сигнал на моноетабильный триггер 23, когда выпрямленное напряжение становится отрицательным после интервала проводимости. Поэтому через определенное время триггер 23 выдает сигнал на элемент совпадения 24, который, соответствует элементу совпадения 8 на фиг. 1. Блок 6 выдает сигнал на элемент 24, если число блокирующих транзисторов п,( достигает определенного нижнего числа п.|, которое указывает на достижение выпрямителем положительного напряжения.

Счетчик 6 и триггер 23 связываются с элементом совпадения 24, который определяет, что ничего не случится, если сигнал со счетчика

6придет на элемент 24 после того, как прекратится сигнал с 23. С другой стороны, если сигнал 6 достигнет элемнта 24 до того, как сигнал с триггера 23 прекратится, блокируемое состояние тиристоров является опасным и элемент 24 посылает в этом случае сигнал на сумматор 9 для повторного поджига выпрямителя

Надежность предложенного тиристорного выпрямителя обеспечивается жестко нривязанН.ОЙ выдачей сигналов зажигания с предотвращением самозажигания любого из тиристоров до его выдачи. Это означает, что статический преобразователь в инверторном режиме может работать с минимальным запасом по углу управления с небольшой результирующей реактивной мощностью рассевания. Формула изобретения 1. Тиристорный выпрямитель высокого напряжения с защитным прибором для самоподжига или восстановления, содержащий ряд последовательно соединенных тиристоров, каждый из которых снабжен управляющей цепью, общий блок управления с распределителем импульсов, который регулирует управляющую цепь, и с пороговым формирователем, выдающим индикаторный сигнал при переходе напряжения на соответствующем тиристоре в п-роводящем направлении через определенное значение, и блок защиты от самозажигания тиристоров восстановительной фазы, выдающий сигнал зажигания для запуска распределителя импульсов и зажигания всего выпрямителя, когда напряжение в проводящем направлении выпрямителя возрастает и заранее заданное определенное число тиристоров не восстановило свою блокирующую способность, отличающийся тем, что, с целью повыщения его надежности путем обеспечения жестко привязанной выдачи сигналов зажигания с предотвращением самозажигания любого из тиристоров до их выдачи, блок Защиты от самозажигания снабжен детекторными блоками, линией задержки, счетчиком Импульсов, запоминающим блоком и выходным блоком сравнения, причем детекторные блоки подключены к линии задержки, формирующей первый сигнал при поступлении индикаторных импульсов или после детектирования возросщего напряжения на всем выпрямителе, счетчик для регистрации поступления индикаторных импульсов с пороговых формирователей сигналов управляющей цепи, формирующий второй сигнал после получения определенного числа индикаторных импульсов, записанных в запоминающем блоке, подключен ко входу выходного блока сравнения первого и второго сигналов и выдачи сигнала зажигания в зависимости от взаимной последовательности первого и второго сигналов. 2.Выпрямитель по п. 1, отличающийся тем, что детекторный блок снабжен формирователем сигнала времени и измерительным делителем напряжения, подсоединенным ко всему выпрямительному каскаду и к формирователю сигнала времени, формирующему первый сигнал через определенное время после перехода напряжения на выпрямитель в обратном (блокирующем) направлении определенного значения, выход которого подсоединен к выходному блоку сравнения, выдающему сигнал зажигания при поступлении второго сигнала от счетчика импульсов за время действия первого сигнала. 3.Выпрямитель по п. 1, отличающийся тем, что детекторный блок снабжен измерительным делителем напряжения, формирующим первый сигнал, пропорциональный напряжению на всем блоке выпрямителя, счетчик выполнен формирующим второй сигнал, пропорциональный подсчитанному числу индикаторных импульсов, а выходной блок сравнения, входы которого связаны со счетчиком импульсов и с измерительным делителем напряжения, настроен так, что сравнивает первый и второй сигцалы и выдает сигнал зажигания, если амплитуда первого сигнала превыщает амплитуду второго сигнала. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1.Патент США № 3794908, М. Кл2 Н 02 М 7/48, 29.01.73. 2.Патент СССР № 323928, M.Kл Н 02 М 1/18, 10.12.71.

иг. г

иг.з