Устройство для защиты тиристоров преобразователя от перенапряжений

0744 СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН ВОи А 2 0 4 Н 02 Н 7/ УДАРСТНЕННй КОМИТЕТ ССДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ САНИЕ ИЗОБРЕТЕН К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ исти енко(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РОВ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ (57) Изобретение отн технике, в частности защиты полупроводниковых телей от перенапряжений ОЖЕНИЙ троТИРИ НАПР к эл ЗАЩИТЫ ОТ ПЕР оситсяк уст тельныи злеульсы управя выпрямител исполн ет сигнал мент 9, снимающи ления. За счет в 6 обеспечивается ловий срабатыван длительности пер исимость усройства отяжения, 2 ил. неза тв еобразоваможет быть на Фиг. 7(61) (21) (22) (46) (71) им. (72) 12888124024152/24-0719.02.8607.11.87, Бюл. 9 41Уфимский авиационныиерго ОрджоникидзеА.В,Иванов, М.М.Мульмороткин и Р,Г.Юнусов621.316,925.4:621,31Авторское свидетельс88812, кл. Н 02 Н 7/1 использовано при создании источниковпитания на полупроводниковых вентилях. Целью изобретения является повышение надежности устройства в условиях действия длительных перенапряжений. При перенапряжениях импульсытока передаются через трансформатортока 5 на функциональный преобразователь 7, моделирующий тепловую пос-тоянную времени защищаемых тиристоров. При превышении порога срабатывания порогового злемента 8 посту1 135074Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам защиты полупроводниковых преобразователей от перенапряжений, может бытьс использовано при создании источников питания на полупроводниковых вентилях и является усовершенствованием изобретения по авт.св. Ф 1288812.Цель изобретения - повышение надежности устройства в условиях действия длительных перенапряжений.На фиг.1 приведена электрическая схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие принцип его 15 работы.Устройство зашиты тиристоров преобразователя 1 содержит ограничители 2-4 напряжения, подключенные параллельно вентилям преобразователя, датчик 5 тока, выпрямитель 6, функциональный преобразователь 7, пороговый элемент 8 и исполнительный элемент 9 защиты. Датчик 5 тока выполнен в виде трансформатора тока с 25 тремя первичными обмотками (по числу вентилей и ограничителей напряжения), каждая из которых включена в цепь соответствующего ограничителя напряжения, а вторичная обмотка через выпря- ЗО митель 6, функциональный преобразова.тель 7 и пороговый элемент 8 связана с исполнительным элементом защиты. В цепь питания включен выключатель 10, который также может быть связан с исполнительным органом 9 защиты.35Устройство работает следующим образом.При нормальных режимах работы и номинальных напряжениях на вентилях преобразователя ток через ограничители напряжения чрезвычайно мал и сигнал на вторичной обмотке трансформатора 5 тока близок к нулю (Фиг.2). Величина напряжения ограничителей45 2-4 напряжения выбирается по максимально допустимому напряжению вентилей преобразователя 1, и в случае возникновения аварийных режимов, сопровождающихся превышением напряжения на вентилях максимально допусти 50 мого значения, ограничители 2-4 напряжения вступают в работу, При этом они ограничивают напряжение на вентилях на максимально допустимом уровне Б и через первичные обмотки трансформатора 5 тока протекает токзначительной величины (десятки-сотни ампер) в виде однополярных 4 2импульсов (Фиг.2)Во вторичной обмотке трансформатора протекает переменный ток, по Форме воспроизводящийсумму импульсов тока, протекающихчерез первичные обмотки, Таким образом, при перенапряжениях дажетолько на одном вентиле на выходедатчика 5 тока возникает сигнал.Этот сигнал, с помощью выпрямителяпреобразованный в однополярные импульсы, поступает на функциональныйпреобразователь 7, выполненный, например, в виде интегрирующей КС-цепочки. При достижении выходным сигналом Функционального преобразователя Б порога срабатывания элемента8 Бр последний выдает импульсныйсигнал Б 8, включающий исполнйтельныйэлемент 9 защиты, который может либоснять импульсы управления с вентилей преобразователя 1, либо податьнепрерывный сигнал отпирания на них,либо отключить преобразователь отисточника питания (фиг.1, связь, показанная штриховойлинией).Запрет подачи управляющих импульсов приводит костановке в работе преобразователяи, следовательно, устранению аварийных перенапряжений, если они вызванывнутренними процессами преобразователя (например, раскачкой напряжений вавтономном инверторе). Подача отпирающего сигнала приводит к принудительному включению вентилей и снятию сних напряжения; в этом случае необходимо одновременно ограничение токавентилей или отключение преобразователя от источника питания. В третьемварианте прекращение аварийного режима обеспечивается отключением преобразователя от источника питания.Функциональный преобразователь играет роль аналоговой тепловой моделиограничителя напряжения, входным сигналом которой является энергия тепловых потерь, выделяющаяся в нем, авыходным - температура ограничителяДля надежного функционирования устройства существенно правильно выбрать структуру модели и ее параметры,Энергия тепловых потерь Ы в ограничителе напряжений выражается черезнапряжение Б и ток 1. , протекаюО)щий через ограничитель, с помощьюформулыБ, ь., йС,(7) Поскольку П можно считать постоянным,И=П 1 дй, (2)оПри отсутствии теплоотдачи в окружающую среду температура ограничителя Т равна где Т - температура окружающейсреды;с иш - удельная теплоемкость и масса ограничителя напряжения.С учетом теплоотдачи, пренебрегая потерями на излучение и используя выражения (2) и (3), запишемП 1, Йс - у 1(Т - Т )с 11 Т=Т + - -Р- (4)о с шУ где у - уделвная теплопроводностьограничитель напряжения -среда,Дифференцируя выражение (4), посленекоторых преобразований получим й(Т - Т) ст П о 1 ог----- + (Т - т )= -- -. (5)йсу,функциональный преобразователь 7описывается аналогичным уравнениемац,КС+У =Ий(6) где П - напряжение на конденсаторе;- входной ток, пропорциональный току ограничителя напряжения;К - сопротивление резистора;С - емкость конденсатора.Очевидно, должны соблюдаться равенства К = - К т,По,(8)Т,где К - коэффициент трансформации;ш - масштабный коэффициент.Таким образом, при выборе параметров функционального преобразователя 7 в соответствии с формулами 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55(7) и (8) выходной сигнал П= П функционального преобразователя пропорционален температуре перегрева ограничителей напряжений, Напряжение срабатывания порогового элемента выбирается в соответствии с предельно допустимой температурой перегрева ограничителя напряжения, что позволяет избежать необратимого теплового пробоя последнегоНа фиг.2 (временная диаграмма) показано, что при прохождении импульсов токачерез ограничители 2-4 напряжения (или через один из них) изменяется сигнал У, = П, на выходе функционального преобразователя 7, отражая в масштабе ш нарастание температуры структуры ограничителя напряжения, При достижении сигналомпорога срабатывания порогового элемента 8 (П) последний выдает сигнал на включение исполнительного элемента защиты. Назначение исполнительного элемента 9 защиты - снижение напряжения на вентилях преобразователя для безопасного уровня, при котором ограничители напряжения не пропускают ток и не нагреваются. На фиг.2 приведены временные диаграммы сигнала исполнительного элемента 9 защиты, выполненного в виде схемы запрета управления вентилями, Начиная с момента(фиг.2), вступают в работу ограничители 2-4 напряжения, а в момент С выходной сигнал функционального преобразователя достигает порога, и в результате срабатывания исполнительного элемента 9 пода-ча управляющих импульсов на вентили (фиг.2, диаграмма П) прекращается и преобразователь перестает работать.Вследствие разряда коммутирующего конденсатора напряжение на вентилях снижается до безопасной величины.,Существенное значение для нормальной работы устройства имеет выпрямитель 6, Благодаря введению в схему выпрямителя 6 импульсный сигнал, амплитуда которого пропорциональна току ограничителей напряжения, поступает на вход функционального преобразователя 7 не только в течение переходного процесса нарастания тока намагничивания трансформатора, как в известном устройстве, но и при сколь угодно длительном действии перенапряжений. Для измерения полной амплитуды тока может быть использо13507 Составитель В.ШирокоТехред И,Моргентал Редактор С.Пекарь рректор Л. Патай каз 5291/ 1 ираж 6 Государстве делам изобре осква, Ж,18 Подписного комитета СССРений и открытийРаушская наб., д. 4/5 ВНИИПИ113035,ектная, 4 роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, у вана схема выпрямителя с удвоением напряжения, в случае использования обычных схем выпрямления выходной сигнал имеет погрешность, равную среднему значению сигнала первичных обмоток, уменьшенному в коэффициент трансформации раз. Односторонняя проводимость выпрямителя предотвращает разряд конденсатора функционального преобразователя 7 через вторич-, 1 О ную обмотку трансформатора 5. При отсутствии выпрямителя постоянная составляющая напряжения на конденсаторе функционального преобразователя приводит к нарастанию тока на магничивания на вторичной обмотке трансформатора, что вынуждает неоправданно увеличивать габариты трансформатора с целью избежать его насыщения, а также приводит к разряду 20 конденсатора функционального преобразователя через вторичную обмотку, Кроме того, использование двухполупериодных схем выпрямителя 6 упрощает наладку устройства, так как 25 44 6в этом случае не требуется фазировать сигнал вторичной обмотки трансформатора 5, т.е, ее включение может быть произвольным. Использование изобретения позволяет повысить надежность устройства и снизить установленную мощность трансформатора тока. Повышение надежности обеспечивается работоспособностью устройства при любой длительности действия перенапряжений,Ф о р м у л а и з обретения Устройство для защиты тиристоров преобразователя от перенапряжений по авт.св, В 1288812, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения надежности в условиях действия длительных перенапряжений, введен выпрямитель, включенный между вторичной обмоткой трансформатора тока и входом функционального преобразователя,