Устройство для защиты тиристорного инвертора (его варианты)

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 0% Н 2 Н 7 122 ЕТЕНИЯ п ты тири- ее датый в виемента,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ОПИСАНИЕН АВТОРСКОМУ СВИД(56) 1. Глух Е,М., Зеленов В.Е. Защита полупроводниковых преобразователей. Энергоиздат, 1982, с. 106-107.2. Авторское свидетельство СССРР 796983 кл, Н 02 Н 7)10, 1979,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ТИРИСТОРНОГО ИНВЕРТОРА (ЕГО ВАРИАНТЫ).(57) 1, Устройство для защисторного инвертора, содержащчик входного тока, выполненнде магниточувствитепьного эл редназначенного для установки вблизи токоведущей шины, и пороговый элемент, вход которого присоединен к магниточувствительному элементу, а выход - к исполнительному органу защиты, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости и быстродействия при внутренних коротких замыканиях в инверторе, в него введен блок задания режима работы входного датчика тока, а.во входной датчик тока введен магнитопровод, выполненный шихтованным и снабженный дополнительной обмоткой, причем магниточувствительный элемент установлен в зазоре магнитопровода, охватывающего входную токоведущую щ шину, дополнительная обмотка которого подключена к выходу блока задания режима работы входного датчика тока.1065954 ЗО 2, Устройство по п, 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок задания режима работы входного датчика тока выполнен в виде резистора, сопротивление которого обратно пропорционально величине индуктивности дросселя фильтра тиристорного инвертора.3. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок задания Режима работы входного датчика тока включает в себя выходной датчик тока, предназначенный для включения между инвертором и нагрузкой, выпрямитель и фильтр, при этом выход вы-. ходного датчика тока через выпрями" тель подключен к фильтру, выход которого явдяется выходом блока задания режима,Изобретение относится к преобразовательной технике и может найтиприменение в устройствах для защитыразличных вентильных установок.Известны устройства для защиты тиристорных инверторов, содержащиедатчик входного тока инвертора в виде трансформаторов в цепи переменного тока питающей сети, выход которого через выпрямитель и пороговыйэлемент подключен к исполнительномуустройству защиты 1,К недостаткам указанных устройствотносится сложность построения, определяемая требованием повышенной электрической прочности трансформаторовтока и необходимостью сочетания малой индуктивности рассеяния указанных трансформаторов с большой индуктивностью намагничивания, что объясняется необходимостью передачи каккрутых фронтов нарастания тока, таки формы питающего тока, имеющегонизкую частоту.Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности являетсяустройство для защиты тиристорногоинвертора, содержащее датчик входного тока, выполненный в виде магнито-чувствительного элемента, предназначенного для установки вблизи входнойтоковедущей шины, и пороговый элемент, вход которого присоединен кмагниточувствительному элементу, авыход - к исполнительному органу защи ты 12Недостатком известного устройстваявляется пониженная помехоустойчивость вследствие как прямых электромагнитных наводок на датчик от блиэ 4. Устройство для защиты тириоуорного инвертора, содержащее датчик". входного тока, выполненный в виде магниточувствительного элемента, предназначенного для установки вбли-. зи токоведущей шины, и пороговый элемент, вход которого присоединен к магниточувствительному элементу, а выход - к исполнительному органу зациты, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости и быстродействия при внутренних коротких замыканиях в инверторе, во входной датчик тока введен магнитопровод, выполненный из сплошного магнитомягкого материала, охватывающий входную токоведущую шину, в зазоре которого установлен магнито чувствительный элемент. ко проходящих проводов, так и реагирования датчика на все сигналы вовходной токапроводящей шине независимо от того полезный это сигнал 5 или сигнал помех, При этом различиеукаэанных сигналов определяется частотным спектром, максимальная частота полезного сигнала ограничивается величиной индуктивности вход- О ного дросселя фильтра инвертора, аспектр сигнала помехи по частотесверху практически может быть неограничен. Для выделения полезногосигнала в устройстве защиты необходимы специальные фильтры, что дополнительно снижает эффективность устройства защиты.Недостатком также является низкое быстродействие при внутреннихкоротких замыканиях в инверторе. Этообъясняется тем, что срабатываниеустройства защиты происходит толькопосле того, как входной ток инвертора превысит предельнодопустимый, величина которого выбирается заведомовыше номинального входного тока инвертора. По этой причине отключениеинвертора в случае внутреннего короткого замыкания в режиме малоговходного тока происходит с задержкой, определяемой длительностью нарастания величины входного тока допредельно допустимого значения. цель изобретения - повышение помехоустойчивости и быстродействия при внутренних коротких замыканиях в инверторе.Поставленная цель по первому варианту достигается тем, что в устройстве для защиты тиристорнсгс инвер 1065954тора, содержащее датчик входного тока, выполненный в виде магниточувст-, вительного элемента, предназначенного для установки вблизи токоведущей шины, и пороговый элемент, вход которого присоединен к магниточувствительному элементу, а выход - к исполнительному органу защиты, введен блок задания режима работы входного датчика тока, а во входной датчик тока введен магнитопровод, выполненный шихтованным и снабженный дополнительной обмоткой, причем магниточувствительный элемент установлен в зазоре магнитопровода, охватывающего входную токоведущую шину, 15 дополнительная обмотка которого подключена к выходу блока задания режима работы входного датчика тока.При этом блок задания режима работы входного датчика тока может 20 быть выполнен в виде резистора, сопротивление которого обратно пропорционально величине индуктивности д 1.осселя фильтра тиристорного инвертора. 25Блок задания режима работы входного датчика тока может включать выходной датчик тока, предназначенный для включения между инвертором и нагрузкой, выпрямитель и фильтр, при этом выход выходного датчика тока через выпрямитель подключен к фильтру, выход которого является выходом блока задания режима,Поставленная цель по втоРомУ варианту достигается тем, что в устройстве для защиты тиристорного инвертора, содержащем датчик входного тока, выполненный в виде магниточувствительногб элемента, предназначенного для установки вблизи токоведуей шины, и пороговый элемент, вход которого присоединен к магниточувствительному элементу, а выход - к исполнительному органу зашиты, во входной датчик тока введен магнито провод, выполненный из сплошного магнитомягкого материала, охватывающий входную токоведущую шину, в зазоре которого установлен магниточувствительный элемент. 50, На фиг, 1 представлена функциональ ная схема устройства по первому варианту; на фиг, 2 - вариант выполнения блока задания режима; на фиг.Зфункциональная схема устройства по 55 второму варианту.Устройство по первому варианту содержит источник 1 постоянного напряжейия, через. исполнительный орган 2 защиты подключенный к инвер тору 3, к выходу которого подключена нагрузка,4. Входную шину инвертора охватывает магнитопровод 5, в зазоре которого установлен магниточувствительный элемент б, подключен ный к входу порогового элемента 7, выход которого подключен к входу исполнительного органа 2 защиты. Дополнительная обмотка на магнитопроводе 5 подключена к выходу блока 8 задания режима.Блок задания режима включает (фиг, 2) датчик 9 тока, выпрямитель 10 и сглаживающий фильтр 11Устройство защиты работает следующим образом.При возникновении аварийного режима, например при опрокидывании инвертора, входной ток инвертора начинает нарастать. Увеличение тока во входной шине увеличивает магнитную индукцию в магнитопроводе 5 и соответственно индукцию в зазоре магнитопровода. Сигнал с магниточувствительного элемента увеличивается и при достижении порога срабатывания порогового элемента 7 вызывает его переключение, после чего сигнал с по. рогового элемента включает исполни-тельный орган защиты, например конденсаторный выключатель, которое отключает инвертор от источника питанияя.Дополнительная обмотка на магнитопроводе 5 с блоком задания режима определяет характер изменения индукции в сердечнике при изменении вход" ного тока инвертора, а значит, свойства датчика, включающего в себя магнитопровод и магниточувствительный элемент, и всего устройства для защиты, При этом возможны следующие характеристики в зависимости от свойств блока задания режима.В первом случае блок задания рЕ- жима выполнен в виде резистора с сопротивлением равным 8, В этом случае при скачкообразном изменении входного тока зависимость приращенИя индукции в магнитопроводе АВ, аследовательно, и приращение сигнала с магниточувствительного элемента б будут описываться выражениемРодв(1)ьВ: - "е0гдеь 38 - величина изменения входноготока инвертора;средняя длина магнитопровода;индуктивность дополнительной обмотки на магнитопроводе.Выражение (1) показывает, что устройство для зашиты обладает фильтрующим свойством по отношению к вы-. :сокочастотным помехам за счет проявления инерционных свойств измерителя входного тока - магниточувствительного элемента с магнитопроводом.Фильтрующее свойство, как это следует из формулы (1), пропорциональноинцуктивности дополнительной обмотки и обратно пропорционально сопротивлению резистора, Регулировка величины сопротивления резистора Й позволяет легко управлять фильтрующи ми свойствами устройства. Данное свойство особенно полезно в случае использования дросселей с различными величинами индуктивности, Известно, что уровень помех на входной шине опрЕделяется главным образом величиной индуктивности дросселя Фильтра инвертора, который обычно включается последовательно в цепь питания постоянного тока и ограничивает проникновение токов высокой частоты из 15 инвертора в сеть. В этом случае вы" бор величины резистора в обратной пропорциональности к величине индуктивности питающего дросселя всегда обеспечивает заданную помехоустойчи вость. Это является существенным положительным свойством предлагаемого устройства для защиты.Устройство может быть эффективно использовано в случае, когда величи на индуктивности дросселя зависит от величины проходящего тока, например снижается эа счет подмагничивания. При этом блок задания режима можно выполнить осуществляющим Функ- ЗО цию изменения сопротивления пропорционально входному току инвертора,В блоке 8 задания режима (фиг.1) датчик 9 тока включен в цепь выходного тока инвертора 3 (Фиг. 1), сиг- З 5 нал с выхода датчика 9 после выпрямления выпрямителем 10 и сглаживания фильтром 11 (фиг. 2) поступает на дополнительную обмотку на магнитопроводе 5 (фиг. 1) . Магнитная индукция В в сердечнике при этом определится следующим образом:РРойвфюфг 1в-.где 3- входной ток инвертора; 453 - выходной ток блока задания режима,:В - количество витков основнойобмотки (в цепи входноготока инвертора); 5 О112 - количество витков дополнительной обмотки.Магниточувствительный элемент вместе с пороговым настроены на срабатывание при пороговом значении ин",55 дукции в магнитопроводе Вц , при этом ампер-витки дополнительной обмотки выбирают с обратным знаком к ампер-виткам основной обмотки, Входной ток инвертора, при котором прои( эойдет отключение 3 в 011 опреде" лится выражением83 , (3)Ьк.о и," -(оф 1ф Ток Зу пропорционален выходному току инвертора, Как следует из выраения (3), при возрастании выходного тока инвертора вылт,е, его выходной мощности Ры , возрастает и 3 в, т. е. отключение инвертора произойдет при большем значении тока на величину 3 Чф 2, При снутреннем коротком замыкании в инверторе выходной ток инвертора практически мгновенно спадает до нуля, вследствие чего )э , значительно снижается из-за равенства нулю второго слагаемого в формуле (3), что ведет к снижению тока, при котором произойдет отключение инвертора устройством для защиты, а следовательно, и быстродействие защиты пропорционально возрастает. Укаэанное свойство увеличения быстродействия при внутренних коротких замыканиях является существенно полезным, так как внутренние короткие замыкания в инверторе на практике встречаются чаще, чем иные виды нарушения работоспособности инвертора.Устройство по второму варианту содержит источник 1 постоянного напряжения через исполнительный орган 2 защиты, подключенный к инвертору 3, к выходу которого подключена нагрузка 4. Входную шину инвертора охватывает магнитопровод 5, в зазоре которого установлен магниточувствительный элемент б, подключенный к входу порогового элемента 7, выход которого подключен к входу исполнительного органа 2 защиты.Устройство работает следующим образом.При возникновении аварийного режима, например при опрокидывании инвертора, входной ток инвертора начинает нарастать. Увеличение тока во входной шине увеличивает магнитную индукцию в магнитопроваде 5 и соответственно индукцию в зазоре магнитопровода. Сигнал с магниточувствительного элемента увеличивается и при достижении порога срабатывания порогового элемента 7 вызывает его переключение, поСле чего сигнал с порогового элемента включает исполнительный орган защиты. Магнитопровод 5 может быть выполнен из сплошного магнитомягкого электропроводящего материала без дополнительной обмотки.Эффективность устройства по второму варианту аналогична эффективности устройства по первому варианту. Вихревые токи, наводимые в электропроводящем материале магнитопровода, играют ту же роль, что и ток дополнительной обмотки в описанном выше случае. Варьируя геометрическими размерами, а также используя материал с различной электропроводностью, мож10 б 5954 Составитель В,широковТехред Л, Пилипенко Корректор В.Бутяг едактор А.Лежнин Тираж б 19ИИПИ ГосударсТвепо делам изобретМосква, Ж,ПодписССР Эаказ 11052/5 комитет и открыт кая наб,нониауш иал ППП патент, г,ужгород, ул.Проектная,но изменять инерционность устройств защиты за счет изменения эквивалентных параметров, т.е,и й , в соответствии с формулой (1). Результаты испытаний предлагаемо 5 го устройства для защиты тиристорного инвертора на экспериментальном бразце тиристорного преобразователя .ощностью 100 кВт и частотой 2400 Гц показывают, что устройство для защиты не производит ложных отключений в случаях, когда уставка защиты превосходят входной ток инвертора неменее, чем на 20 в случае использования известного устройства превыщение должно бцть не менее 40Привнутренних коротких замыканиях в ин"верторе, работающем на мощности 10от номинального, быстродействиеотключения возросло с 1,2 до О,Э мСи соответственно входной ток инвертора в момент включения устройствадля защиты снизился с 240 до 60 А.