Устройство для защиты преобразователя Советский патент 1982 года по МПК H02H7/12 H02M1/18 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИ1Ы ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Изобретение относится к преоб-. разовательной технике, а именно к устройствам защиты вентильных преобразователей .

Известно устройство для защиты преобразователя, в котором между преобразователем и нагрузкой включены дроссель и тиристорный ключ с принудительной коммутацией 1.

Однако такое устройство обладает ограниченной надежностью и практически не обеспечивает защиту преобразователя при коротких замыканиях в нагрузке и перегрузке.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому, эффекту является устройство для : защиты преобразователя, содержащее обратно включенный диод, подсоединённый анодом к одной из клемм для подключения нагрузки, вторая клемма для подключения которой подсоединена с помощью общей шины к одной из выходных клемм преобразователя, цепь из последовательно соединенных источника опорного напряжения,. дросселя и тиристорного ключа с принудительной коммутацией, подключенную соответственно к катоду и аноду диода, , и блок управления источником опорного напряжения, выход которого подсоединен к управляющему входу источника 2 .

Такое устройство по сравнению с описанным обладает более высокой надежностью, практически исключает воздействие аварийных токов на силовые элементы дорогостоящих преобразователей и на нагрузку и, сле10довательно, предотвращает выход их из строя при коротких загллканиях и токовых перегрузках.

Недостатком этого устройства является пониженная экономичность,

15 обусловленная тем, что независимо от величины тока нагрузки потребление электрической энергии устройством защиты неизменное. Это приводит к снижению КПД электроустановки в це20лом в режимах загрузки преобразователя по току меньше номинального.

Целью изобретения является снижение потерь мощности.

Поставленная цель достигается тем,

25 что устройство снабжено блоком задания установки и датчиком тока, подсоединенным своими входами ко второй выходной клемме преобразователя и к катоду диода, а выход датчика

30 тока подключен через блок задания

установки ко входу блока управления источником опорного напряжения.

Датчик тока может быть выполнен на основе эакрегиюннбго iia диэлектрической пластине магнитодиода с послеловательно соепиненным первым резнетором и операционного усилителя, ин вертирую1дий вход которого подсоединен к катоду магнитодиода и через второй резистор - к его выходу, а неинвертирующий вход усилителя подсоединен через третий резистор к общей шине, прич€;м анод магнитодиода соединен с для подключения источника питания и не связан- , ный с магнитодиодом второй вывод первого резистора соединен с клеммой для подсоединения источника смещения.

Датчик тока, кроме того, может быть выполнен на основе закрепленной на диэлектрической пластине цепи N последовательно coeдиE eкныx магнитоуправляемых контактов, вход которой подсоединен к клемме для подключения источника тока и выход подсоединен через первый резистор к инвертирующеьгу входу операционного усилителя, подсоединенному через второй резистор к выходу усилителя, неинвертирующий вход которого через резистор подсоединен к общей шине, причем параллельно каждо магнитоуправляемому.-контакту , начиная со второго, подсоединен резистор.

Кроме того, мaгнитoyпpaвляe iыe контакты датчика тока могут быть подсоединены одними выводами к клемме для подключения источника тока и вторыми - к первым выводам резистора, вторые выводы которых подсоединены к инвертирующему входу операционного усилителя.

Пластина с магнитоуправляекыми контактами может быть закреплена на штоке из диэлектрика, снабженном механизмом регулирования угла.

Блок задания уставки может быть выполнен на операционном усилителе, инвертирующий вход которого подсоединен через первый резистор к выходной клемме и через цепь из параллельно соединенных второго резистора и стабилитрона - к его выходу, а неинвертирующий вход усилителя подсоединен через третий резистор к общей 11|ине и через четвертый резистор - к Движку пятого переменного резистора выводы которогоподсоединены к клеммам для подключения источников питания.

На фиг.1 представлено устройство для защиты npeo6tpa3OBaTeaH,

Между преобразователе;/ 1 и нагрузкой 2 подсоединен обратно включенный диод 3 по отношению к току на выходе преобразователя. Параллельно диоду 3 подключена цепь из последовательно соединенных источника опоного напряжения 4, дрос: еля б и тиристорного ключа с принудительной ког.мутацией 1, причем элементы 3 и 4 включены согласно. Датчик тока 8 установлен на выходе преобразователя 1 и подключен к блоку задания уставки 9, выход которого подключен к входу блока управления 5 источника опорного напряжения 4 .

При нормальной работе преобразователя I ток на его выходе 1р равен току нагрузки IH и меньше тока срабатывании защипп 1с 3 (Ifi н с, 3. ). В этом ре -;име опорный ток I г, больше тока нагрузки на величину дТ Irin-IHС выхода датчика тока 8, может быть как аналоговым, так и цифровым, поступает сигнал на вход блока задания устав си Э, В блоке 9 этот сигнал суммируется с сигналом, пропоциональным превышеь ию опорного тока над током на:рузки. Суммарный сигнал с выхода блока 9 подается )ja вхо блока управления 5 источника опорного напряжения 4. Величина опорного тока определяется величиной суммарного сигнала.

Следовательно, при изменении тока нагрузки в пределах от О до IL.J, опорный ток изменяется от л1 до I j- j

При использовании аналоговс;го датчика д1 неизменна. Поэтоьгу опорный ток определяется Igr,-К., - I „, где К ч, - {оэффициент уставки.

Зависимости I дп и I н от 1и/1с..з показаны на фиг.2.

При использовании цифрового датчика тока аналогичные зависимости показаны на фиг.З. Если ток нагрузки равен нулю, опорный ток может превышать д1 и, в частном случае, равняться 2д1.

Обязательным условием надежной работы устройства является то. что скорость изменения опорного тока должна быть равной или больше скорости изменения тока нагрузки clIon/dt/dlH/dt.

При перегрузке или коротком заг.ыкании в нагрузке или на входе нагрузки ток преобразователя становится больше опорного и диод 3 запирается. Ток преобразователя ув€ личивается по шунтирующей цепи, причем скорость его нарастания ограничивается дросселем б. Затем шунтирующая цепь разрывается тиристорным ключем с принудительной комг 1утацией 7 и ток в цепи преобразователя г/рекращается.

Из анализа работы схемы (фиг.1) и зависимостей (фиг.2 и 3) видно, что в предлагаемом устройстве 1ри нормальной его работе достиг-ается снижение потребления устройс;-) ьом

электроэнергии. Потребляемая устройством электрическая энергия зависит от величины опорного тока. При изменении тока преобразователя в широких пределах в соответствии с ним изменяется и опорный ток, а следовательно, и потребляемая электроэнергия, В известном устройстве с неизменным опорным током, равным току срабатывания защиты, потребление электроэнергии неизменное и максимальное, что существенно снижает КПД электроустановки в целом.

На фиг.2 и 3 заштрихованные облас1ти соответствуют снижению потреблени электроэнергии устройством. Очевидно, что чем меньше нагрузка, тем меньше потери электрической мощности

На фиг.4 и 5 представлен датчик тока 8, выполненный на магнитодиоде с применением операционного усилителя.

Выход операционного усилителя 11 через резистор отрицательной обратно связи 12 подключен к инвертирующему входу операционного усилителя 11, к которому через резистор 13 подключен первый источник питания (фиг. 4) или и (фиг. 5), магнитодиод 10 подключен между вторым источни: итания П (фиг. 4) или U,- (фиг. .-; .. .ртирующим входом операционного усилителя 11; общая точка питания операционного усилителя 11, первого и второго источников питания через резистор 14 подключена к неинвертирующему входу операционного усилителя 11 .

Магнитодиод 10 закреплен на пластне, помещенной в магнитном поле шины на выходе преобразователя. При подаче на магнитодиод 10 напряжения в прямом направлении через него начинает протекать ток, величина которого зависит от величины поперечного магнитного поля, создаваемого шиной преобразователя. В результате изГ енения тока преобразователя изменяется входное напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя 11 и, следовательно, напряжение на выходе операционного усилителя 11 и8ых так как операционный усилитель 11 работает в режиме усилителя. Величины напряжений U и UCM и сопротивление 13 подбираются таким образом (фиг.4 и 5), чтобы обеспечить заданное изменение Ug при контроле тока преобразователя.

Датчики тока (фиг.4 и 5) на выходе имеют аналоговый сигнал, что соответствует изменению опорного тока, показанному на фиг,2.

Взамен магнитодиода могут быть использованы и другие магнитоуправляемые полупроводниковые элементы,

например магь:итореэисторы или магнитотранзисторы.

На фиг.6 и 7 представлен датчик тока 8, выполненный на магнитоуправляемых контактах с применением операционного усилителя.

Выход операционного усилителя N + 15 через резистор отрицательной обратной связи N + 16 подключен к инвертирующему входу операционного усилителя N + 15, к которому через последовательно соединенный резистор 2N + 16 и N магнитоуправляеNwx контактов 15 - N + 14 подключен источник питания U, параллельно каждo y М - 1 магнитоуправляемомх контакту 16 - N 14, подключен резистор N + 17 - 2N + 15; неинвертирующий вход операционного усилителя N -1- 15 через резистор 2N + 17 подключен к общей точке питания операционного усилителя N + 15 и источ- ника питания (фиг.6).

Магнитоуправляемые контакты 15-Ы+14и резисторы N + 17 2N + 16 датчика тока могут быть также соединены следующим образом. К инвертирующему входу операционного усилителя N + 15 источник питания U подключен через параллельно соединенные N цепей, каждая из которых содержит последовательно соединенны магнитоуправляемлй контакт и резист (фиг.7).

Магнитоуправляемле контакты 15 N + 14 закреплены на пластине, помещенной в магнитном поле ьиины на выходе преобразователя. Пластина расположена под определенным углом и на определенном расстоянии; так как магнитоуправляеГ Ые контакты расположены на различных расстояниях или под различными углами к шине преобразователя, то они переключаются при различных значениях тока на выходе преобразователя. Например, при параллельном их расположении и на равном расстоянии друг от друга на выходе датчика тока в зависимости о тока в нагрузке преобразователя Изменяется напряжение, которое вызывает изменение опорного тока, показанное на фиг.З. Чем больше ток, пртекающий по шине преобразователя, тем больше магнитное поле, им создаваемое, и тем большее число магнитоуправляеких контактов замыкается. В результате величина сопротивления в цепи инвертирующего входа операциного усилителя N + 15 меньше, а величина входного напряжения больше следовательно и больше выходное напряжение датчика тока ngj,, .

Датчики тока (фиг.6 и 7) э виходе имеют цифровой cигнaJ.

Конструкция датчика тока показана на фиг.8. 2N 4- 18 - пластина из диэлектрика с закрепленными на ней магнитодиодом или мах нитоуправляемыми контактами; 2N + 19 - вь1хол.ная шина преобразователя; 2N + 20 - шток из диэлектрр ка; 2М + 21 - к хляитейн; 2N + 22 - вертикальная стенка шкафа преобразователя. Датчик тока сна жен механизмом - регулироваии я угла между пластиной 2N тЬ 18 и выходной шиной преобразователя 2N + 19; 2М + 23 - вилка; 2N + 24 - кулиса; 2N + 25 - фи сатор; 2N + 26. - держатель; 2N + 27 - стакан. На кулисе показаны метки, по которым можно судить об угле между пласти,ной 2N + 18 и шиной 2N + 19. Фиксатор 2м (- 25 обеспечивает крепление пластины 2М + 18 под углом. Стакан 2N + 27 имсст возможность переме1цат1 сл по штоку 2N -f 20 что позволяет изменять расстояние между mirnoii 2N -I- 19 ;i магнитоуправляемнми элементами при неизменном угле между шиной 2N + 19 и 1шастиной 2N + 18. На фиг.9 представлен блок задания уставки 9, выполненный на опе.рационном усилителе. Выход операционного усилителя 2N + 28 через параллельно соединенные резистор отрицателчьной обратной связи 2N + 29 и стабилитрон цепи ограничения .2N + 34 соединен с инве тирующим входом операционного усили теля 2N ч- 28, инвертирующий вход 2N + 28 через резистор 2N + 30 подключен к выходу датчика тока (tlgy ) неинвертирующий вход операционного усилителя 2N + 28 через резистор 2N + 31 подключен к подвижному контакту переменного резистора 2N + 3 на который подается напряжение смещения и, общая точка питания операционного усилителя 2N + 28 через резистор 2N + 33 подключена к неин вертирующему входу операционного усилителя 2N + 28. Операционный усилитель 2N + 28 работает в режиме сумматора с ограничением выходного . На инве тируюиий вход поступает сигнал Ugx пропорциональный IH с датч:ика тока на неинвертирующий вход поступает напряжение смещения, пропорциональ ное величине тока д1. сигналы Суммируются операционным усилителе 2N + 28 и на вцходе напряжение Пяьж пропорционально опорному току Ion При достижении величины больш значения соответствуюи1его 1с. г. про исходит его ограничение стабилитро ном 2N + 34. Предложенное устройство для защ преобразователя, сохраняя положите ные свойства извес1ного устройства защиты (высокие надежно .-ть и быстр ействие, простота в обслуживании другие) позволяет су1честпенно снизить потери мощности, особенно ля преобразователей, у которых реддний ток на выходе меныас; тока рабатывания защиты. Применение устройства позволяет пош,1сить КПД электроустановки в целом. Использование магнитоуправляемых элементов в датчике тока по;воляет осуществлять контроль тока преобразователя без разрыва силовой цегги и потенциально развязывать цепи заиты и силовые цепи, а также повысить безопасность обслуживания преобразователей. Использование операцион:чых усипителей для блока задания ycTabtH и Б атчике тока обеспечивает MisJicf; lioiребление эле троэн€:р1ии, блоки имеют небсльшие массо-габаритные п:.;казатели и обладают всеми полокгмелггными свойстьс1ми, трисущими микрос:х ;мам. Формула изобретения -..Устройство для защить греобразователя, содержащее обратно включенный диод, подсоединен.ный анодом к одной из клем1-1 для подключения нагрузки, вторая для подкд.ючения которой подсоединена с помощью общей шины к одной из выходных клемм преобразователя, цепь из последовательно соединенных источника о:.орного напряжения, дросселя и тиристорного ключа с цринудительноР тацией , подключенную соответственно к катоду и аноду диода, и блок управления источником fjnopHoiO напряжения, выход которого подсоединен к управляющему- входу источника, о т л и ч аю щ е е с я , что, с целью снижения потерь мо1чности, оно снабжено блоком задания уставки и датчиком тока, подсоединенным своими входаьда ко второй выходной клем1.1е преобразователя и к катоду диода, а выход датчика тока подключен через блок згедания уставки ко входу блока управления источником опорного напряжения. 2. Устройство по П.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что в нем датчик тока выполнен на осноне .aeннoго на диэлектрической luiaciHiie магнктодиода с последовательно соод Ненным первым резистором и операционного усилителя, инвертируюии1й вход которого подсоединен к катоду магнитодиолэ и через второй резистор - к eio выходу, а неинвертирующий Bxu.Lt усилителя подсоединен через : с/ет.-ги резистор к общей Ljiuie, причем анод магнитодиода соединен .,, клеммой дл ч ;1одключе;иш -источника riHTafinH и не СИЛЗЗННЫЙ с MaiHHJ ЧДИОДО ИТОрОИ ныно/1 перногч; ::/ичис-) r-:,;:inHHt:f

клеммой для подсоединения источника смещения.

0

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

5 № 406262, кд. Н02 Н 7/10, 1968.

2,Авторскоесвидетельство СССР № 382196, кл. Н02 Н 7/:0, 1973.

и ОЛ О.в OS 1.0

Риг 2

1оп.,1н

о 0.2 ол д.в OS to .j

(Риг. 5

15 f6/7

J

(

(Pus 5

и 60/к

U6uf.

(Ю

l/Sx

U&H

ЛМЗ/

-c

2Ы+i l

22

.

-....

- ,:..

L. Л- j . .-.™.,-;.

J. X