Способ защиты преобразователя, работающего на обмотку возбуждения машины переменного тока и устройство для его осуществления

(54) СПТЕЛЯ,ВОЗ БУЖ ОВАОТКУ МЕНГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ(56) 1. Глух Е. М. и Зеленов В, Е. 3полупроводниковых преобразователеЭнергия, 1970, с. 73 в 1, с. 81, р2. Гессе Б. А. Эксплуатация тирных систем возбуждения генераторовТехника, 1981, с. 12 - 14, с. 13,ОСОБ ЗАЩИТЫ ПРЕОБРАЗРАБОТАЮЩЕГО НА ОБМДЕНИЯ МАШИНЫ ПЕРЕ НОГО ТОКА И. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ,(57) 1. Способ защиты преобразователя, работающего на обмотку возбуждения машины переменного тока, заключающийся в том, что измеряют входные токи преобразователя, сравнивают их с заданным значением, при превышении которого формируют сигнал, на ограничение токй возбуждения, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы преобразователя при потере коммутации его вентилей, дополнительно измеряют токи вентилей, сравнивают их с соответствующими входными токами преобразователя и при превышении токами вентилей входных токов преобразователя формируют сигнал на полное открытие вентилей,1083283 2. Устройство для защиты преобразователя, работающего на обмотку возбуждения машины переменного тока, содержащее датчики переменного тока, предназначенные для включения в фазные цины преобразователя, выходами подключенные к соответствующим входам выпрямителя, выход которого связан с входом порогового элемента, и автоматический регулятор возбуждения, вход которого подключен к выходу порогового элемента, а выход предназначен для подключения к входу блока управления, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы преобразователя" при потере коммутации его вентилей, оно снабжено датчиками постоянного тока вентилей преобразователя, управляемым ключом и блоком контроля коммутации вентилей преобразователя, который содержит три двухвходовых компаратора для контроля тока катодной группы вентилей преобразователя, три двухвходовых компаратора для контроля тока анодной группы вентилей преобразователя, сумматор, элемент И, до-. полнительный пороговый элемент и элемент НЕ, причем датчики постоянного тока вентилей преобразователя выходами подключе 1Изобретение относится к электротехнике, а именно к защите преобразователей, работающих на обмотку возбуждения машины переменного тока в переходных и аварийных режимах работы.Известен способ защиты вентильного пре. образователя, состоящий в том, что при аварийном режиме, например внешнем коротком замыкании, измеряют переменные токи на входе преобразователя, выпрямляют их, сравнивают с заданным значением, при превышении которого формируют сигнал на снятие управляющих импульсов с вентилей преобразователя и на включение контура емкостного прерывания выходного тока 11.Известно устройство для защиты вентильного преобразователя в аварийных режимах, содержащее датчики переменного тока преобразователя, выходы которых через один выпрямитель подключены к управляющему входу контура емкостного прерывателя нагрузки, а через другой на вход снятия импульсов управления блока импульсно-фазового управления 11.Недостатком указанного способа защиты и устройства для его осуществления яв 5 1 О 15 20 ны к тем входным зажимам блока контроля коммутации вентилей преобразователя, к которым подключены соответствующие первые прямые входы всех компараторов, а датчики переменного тока подключены к тем входным зажимам блока контроля коммутации вентилей преобразователя, к которым подключены соответствующие вторые прямые входы компараторов катодной группы вентилей, и к вторым инверсным входам компараторов анодной группы вентилей, а выходы всех компараторов подключены к входам сумматора, выход которого подключен к одному входу элемента И, другой вход которого через дополнительный пороговый элемент подключен к входной клемме блока для подключения выхода выпрямителя, выход элемента И подключен к выходной клемме блока контроля коммутации, предназначенной для подключения входа смещения блока управления, выход элемента И через элемент НЕ подключен к второй выходной клемме блока контроля коммутации, к которой подключен управляющий вход ключа, основной вход которого подключен к выходу выпрямителя, а выход - к входу порогового элемента. 2ляется низкая надежность при использовании их в системе возбуждения машины переменного тока. Обмотка возбуждения машины имеет большую индуктивность с больной постоянной времени (до 10 с) и большие абсолютные значения токов возбуждения (до 10000 А). Система емкостного прерывания тока возбуждения должна иметь установленную мощность, соизмеримую с мощностью системы возбуждения. Кроме того, большая индуктивность обмотки возбуждения и большие токи возбуждения практически исключают использование защиты путем запирания преобразователя по управлению, так как после снятия импульсов управления ток в индуктивной нагрузке будетпротекать по двум последним работающим вентилям. Время прохождения тока равно постоянной времени обмотки возбуждения, которая зависит от типа машины и от режима работы и колеблется в пределах 1 - 10 с (современные трубо- и гидрогенераторы) . Следовательно, при снятии импульсов управления нарушится коммутация вентилей (переключение тока с вентиля на вентиль), что приведет кОднако известное устройство характеризуется недостаточно высокой надежностью работы в переходном режиме работы машины переменного тока. При токе преобразователя, равном току короткого замыкания, на кольцах ротора производят изменение углов регулирования вентилей, чтобы ток преобразователя был не больше двойного номинального тока. Однако в системе возбуждения может возникать свободная составляющая тока, которая по величине может превышать ток короткого замыкания на выходе преобразователя. При токе возбуждения, большем или равном току короткого замыкания, углы коммутации вентилей становятся равными 60 эл. град. и происходит нарушение коммутации и сквозное открытие двух противофазных вентилей моста, что закорачивает выходное напряжение преобразователя. Если в данном режиме ограничивать углы открытия вентилей, то ток нагрузки будет протекать через одну пару вентилей, подключенную к одному зажиму сети. Остальные четыре вентиля будут проводить ток источника питания при глухом коротком замыкании на выходе преобразователя. В результате при токе возбуждения, большем тока короткого замыкания преобразователя, весь ток проходит через одну пару вентилей и при наличии постоянной составляющей производит подмагничивание делителей тока. Таким образом, известные способ и устройство не создают равномерной загрузки вентилей преобразователя и не позволяют отличать переходный ток возбуждения от тока короткого замыкания на выходе преобразователя. В переходном режиме работы электрической машины переменного тока, например, при глухом коротком замыкании на зажимах статора в обмотке возбуждения со стороны статора наводится свободная составляющая тока, которая по величине может быть больше, чем ток короткого замыкания на выходных зажимах преобразователя, причем при токе преобразователя, равном току короткого замыкания, выходное напряжение равно нулю. Известные способ и устройство не позволяют отличить з.35 характер возникновения тока в преобразователе, т. е. ток короткого замыкания на кольцах ротора от тока свободной составляющей, что приводит к дополнительной аварии преобразователя.Наиболее близким к предлагаемому яв ляется способ защиты преобразователя, ра-, ботающего на обмотку возбуждения машины переменного тока, заключающийся в том, что измеряют входные токи преобразователя сравнивают их с заданным значением, при превышении которых формируют сигнал на 4 ограничение тока возбуждения 2.Устройство, реализующее известный способ для защиты преобразователя, работающего на обмотку возбуждения машины переменного тока, содержит датчики переменного тока, предназначенные для включения в фазные шины преобразователя, вы.ходами подключенные к соответствующим входам выпрямителя, выход которого связан с входом порогового элемента, и автоматический регулятор возбуждения, вход у которого подключен к выходу порогового элемента, а выход предназначен для подключения к входу блока управления 2). Цель изобретения - повышение надежности работы преобразователя при потере коммутации его вентилей.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу защиты преобразователя, работающего на обмотку возбуждения машины переменного тока, заключающемуся в том, что измеряют входные токи преобразователя, сравнивают с заданным значением, при превышении которого формируют сигнал на ограничение тока возбуждения, дополнительно измеряют токи вентилей, сравнивают их с соответствующими входными токами преобразователя и при превышении токами вентилей входных токов преобразователя формируют сигналы на полное открытие вентилей. Поставленная цель достигается тем, что устройство для защиты преобразователя, работающего на обмотку возбуждения машины переменного тока, содержащее датчики переменного тока, предназначенные для включения в фазные шины преобразователя, выходами подключенные к соответствующим входам выпрямителя, выход которого связан с входом порогового элеменперегрузке работающих вентилей в три раза (для трехфазных схем выпрямителей) . Большие тока возбуждения требуют параллельного соединения тиристоров внутри плеча (вентиля), а для деления токов по па-, .раллельным ветвям, используют индуктивные делители тока, Постоянный ток, проходящий по двум вентилям, после снятия импульсов управления подмагничивает делители тока, после чего токи делятся согласно вольт-амперной характеристике тиристо ров, Таким образом, защита преобразователя путем снятия импульсов приводит к перегрузке тиристоров в 5 - 6 раз по сравнению со значением тока нагрузки, Преобразователи для систем возбуждения рассчитываются на двойной номинальный ток при длительности работы до 50 с., что является предельным током преобразователя при нормальной коммутации вентилей. Таким образом, снятие импульсов управления при максимальном токе для преобразователя 20 приведет к перегрузке отдельных тиристоров в 5 - 6 раз, что вызовет каскадное перегорание предохранителей в параллельных ветвях.5та, и автоматический регулятор возбуждения, вход которого подключен к выходу порогового элемента, а выход предназначен для подключения к входу блока управления, снабжено датчиками постоянного тока вентилей преобразователя, управляемым ключом и блоком контроля коммутации вентилей преобразователя, который содержит три двухвходовых компаратора для контроля тока катодной группы вентил ей п реоб разо вателя, три двухвходовых компаратора для контроля анодной группы вентилей преобразователя, сумматор, элемент И, дополнительный пороговый элемент и элемент НЕ, причем датчики постоянного тока вентилей преобразователя выходами подключены к тем входным зажимам блока контроля коммутации вентилей преобразователя, к которым подключены соответствующие первые прямые входы всех компараторов, а датчики переменного тока подключены к тем входным зажимам блока контроля коммутации вентилей преобразователя, к которым подключены соответствующие вторые прямые входы компараторов катодной группы вентилей, и к вторым инверсным входам компараторов анодной группы вентилей, а выходы всех компараторов подключены к входам сумматора, выход которого подключен к одному входу элемента И, другой вход которого через дополнительный пороговый элемент подключен к входной клемме блока для подключения выхода выпрямителя, выход элемента И подключен к выходной клемме блока контроля коммутации, предназначенной для подключения входа смещения блока управления, выход элемента И через элемент НЕ подключен к второй выходной клемме блока контроля коммутации, к которой подключен управляющий вход ключа, основной вход которого подключен к выходу выпрямителя, а выход - к входу порогового элемента. На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для защиты преобразователя; на фиг. 2 - схема блока контроля коммутации вентилей преобразователя.УстрЬйство содержит трехфазный мостовой тиристорный преобразователь на вентилях 1 - 6, подключаемый выходом через автомат 7 гашения поля к цепи обмотки 8 возбуждения машины 9 переменного тока, а входом - к сети 10 переменного тока, датчики 11 - 13 переменного тока, предназначенные для включения в фазные шины преобразователя и выходами подключенные к соответствующим входам выпрямителя 14, пороговый элемент 15, автоматический регулятор 16 возбуждения, вход которого подключен к выходу порогового элемента 15, а выход предназначен для подключения к входу блока 17 управления, датчики 18 - 23 постоянного тока вентилей преобразователя, управляемый ключ 24 иУстройство работает следующим образом.При работе машины в установившемсярежиме измеряют входные токи преобразо вателя с помощью датчиков 11 - 13 переменного тока, выпрямляют выпрямителем 14 и подают на вход управляемого ключа 24.При отсутствии нарушения коммутации вентилей на выходе элемента И 33 отсутствует сигнал, но на выходе элемента НЕ 35 45 имеем сигнал логической единицы, который через клемму 47 подается на управляющий вход ключа 24. Напряжение выпрямителя 14, пропорциональное фазным токам преобразователя, через открытый ключ 24 подается на вход порогового элемента 15, где происходит сравнение с заданным значением тока преобразователя, при превышении которого на выходе элемента 15 формируется сигнал на ограничение тока возбуждения.При коротких замыканиях в цепи статора машины в обмотке возбуждения протекает переходный ток, величиной в 3 - 6 раз превышающий номинальный ток преобразо 5 10 15 20 25 30 35 блок 25 контроля коммутации вентилей преобразователя, который содержит три двухвходовых компаратора 26 - 28 для контроля тока катодной группы вентилей 1, 3 и 5 преобразователя, три двухвходовых компаратора 29 - 31 для контроля тока анодной группы вентилей 2, 4 и 6 преобразователя, сумматор 32, элемент И 33, дополнительный пороговый элемент 34 и элемент НЕ 35, причем датчики 18 - 23 постоянного тока выходами соединены с входными зажимами 36 - 41 блока контроля коммутации вентилей преобразователя, к которым подключены соответственно первые прямые входы всех компараторов 26 - 31. Датчики 11 - 13 переменного тока соединены с вход- ными зажимами 42 - 44 блока 25 контроля коммутации вентилей преобразователя, к которым подключены соответственно вторые прямые входы компараторов 26 - 28 катодной группы вентилей 1, 3 и 5 и с вторыми инверсными входами компараторов 29 - 31 анодной группы вентилей 2, 4 и 6. Выходы всех компараторов подключены к входам сумматора 32, выход которого соединен с одним входом элемента И 33, другой вход которого через дополнительный пороговый элемент 34 подключен к входной клемме 45 блока 25 для подключения выхода выпрями- . теля 14. Выход элемента И 33 подключен к выходной клемме 46 блока 25 контроля коммутации, предназначенной для подключения входа смещения блока 17 управления. Выход элемента И 33 через элемент НЕ 35 подключен к второй выходной клемме 47 блока 25 контроля коммутации, предназначенной для подключения управляющего входа ключа 24, основной вход которого подключен к выходу выпрямителя 14, а выход - к входу порогового элемента 15.., д. 4/5Проектная, 4 Редактор А. Лежни нЗаказ 1766/47 ка ВНИИПИ Госудапо делам и113035, Москва, Ж Филиал ППП Патент вателя. Кроме того, при коротких замыканиях со стороны цепи статора машины 9 снижается или полностью исчезает напряжение питания 10 преобразователя. Однако при пониженном напряжении или полном его отсутствии ток через преобразователь продолжает протекать, его величина в 3 - 6 раз больше номинального, так как в переходном режиме работы машины переменного тока обмотка возбуждения является источником тока. Таким образом, токи вентилей и фазные токи преобразователя могут иметь различные величины.Для обеспечения сравнения токов вентилей и фазных токов дополнительно измеряюттоки вентилей с помощью датчиков 18 - 23 постоянного тока и в компараторах 26 - 28 катодной группы и компараторах 29 - 31 анодной группы соответственно сравнивают их с фазными токами прямой и обратной полярностей,Если ток возбуждения (ток нагрузки преобразователя) становится большим коммутирующего тока вентилей (тока двухфазного короткого замыкания источника 10 питания преобразователя), то нарушается коммутация вентилей (переход тока с вентиля на вентиль). При потере коммутации происходит сквозное открытие одной из парпоследовательно включенных вентилей (18и 21; 20 и 23; 22 и 19). Ток возбуждения,протекая по одной паре вентилей, перегружает их, что может вызвать их выход изстроя, Потеря коммутации фиксируется компараторами 26 - 31, сумматором 32 и элементом И 33, сигнал с выхода которогочерез клемму 46 блока 25 подается на вход10 смещения блока 17 управления и переводитпреобразователь в режим полного открытия.Одновременно через элемент НЕ 35 снимается сигнал с управляющего входа ключа 24 и напряжение выпрямителя прекращает подаваться на вход порогового элемента 15,,Полное открытие вентилей позволяетподдерживать в проводящем состоянии одновременно три ветви вентилей и тем самымОбеспечить более равномерную загрузку0 последних и предотвратить их выход.Использование изобретения повышаетнадежность работы преобразователя и машины в целом при потере коммутации путемболее равномерной загрузки вентилей преобразователя.