Устройство для защиты от перенапряжений статического преобразователя

СОЮЗ СОВЕТСКИСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК 7 2 Н 7/ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ СВИДЕТЕЛЬСТВУ АВТОРСН венное тв ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ(71) Запорожское производст объединение "Преобразовател (72) А.А.Карпенко(53) 621.316.925.4 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР466584, кл. Н 02 Н 7/10, 1972.Авторское свидетельство СССР970553, кл. Н 02 Н 7/12, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ СТАТИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВА - ТЕЛЯ(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты от перенапряжений вторичных источников электропитания. Цель изобретения - повышение КПД преобразователя при одновременном уменьшении массогабаритных показателей.Преобразователь содержит силовой выпрямитель 1, 1.С -Фильтр (Ф) 2, инвертор 3. Устройство для защиты от перенапряжений выполнено на пороговомузле 7, конденсаторе. 11, ограничительном резисторе (ОР) 10 и выпрямительном мосте 6. Введение в схемузащиты ключевого элемента (КЭ) 8, выполненного в виде оптоэлектроннойпары, и включение его последовательно с ОР 10 и параллельно конденсатору 5 Ф 2 образует коммутирующий кон -тур (конденсатор 11, дроссель 4),обеспечивающий эФФективное выключение КЭ 8, Время открытого состоянияКЭ 8 определяется собственной частотой коммутирующего контура из условия снижения потерь, что позволяетповысить КПД. 3 ил.Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты от перенапряжений статических преобразователей, включающих силовой выпрямитель и ЬС-фильтр постоянного тока, например статичес ких преобразователей частоты со звеном постоянного тока.Целью изобретения является повышение КПД преобразователя при одновременном уменьшении массогабаритных показателей.На фиг.1 изображена электрическая схема устройства для защиты от перенапряжений статического преобразователя; на фиг.2 - то же, вариант выполнения устройства; на Фиг,3 - по роговый узел.Описываемое устройство предназначено для защиты от внешних коммутационных напряжений статического преобразователя, включающего в себя силовой выпрямитель 1 и ЬС-Фильтр 2 постоянного тока, например, для защиты преобразователя частоты со звеном постоянного тока (фиг.1) и включающего также инвертор 3.1.С-Фильтр 2 постоянного тока содержит дроссель 4, установленный в положительной шине, и конденсатор 5. Устройство защиты от перенапряжений содержит выпрямительный мост б,своим входом подключенный к входу силового выпрямителя 1, пороговый узел 7, подключенный к выходу выпрямительного моста 6, ключевой элемент 8, выполненный в виде оптоэлектронной пары. При этом управляющий (излучающий) элемент 9 оптоэлектроннойпары подключен к выходу порогового узла, а ключевой элемент 8 включен последовательно через ограничительный резистор 10 между положительными выводами выпрямительного моста 6 и силового выпрямителя в месте соединения первого вывода дросселя 4 и конденсатора 5 фильтра, при этом отрицательный вывод выпрямительного моста соединен с отрицательным выводом силового выпрямителя. Для запирания ключевого элемента 8 предназначен конденсатор "11, включенный между вторым выводом дросселя 4 и общей точкой соединения ограничительного резистора 10 и ключевого элемента 8. Пороговый узел 7 содержит делитель из двух резисторов 12 и 13,диод 14, резистор 15, включенный в эмиттерную цепь транзистора 16, вколлекторную цепь которого включенстабилитрон 17, База транзистора 16подключена к общей точке резисторов12 и 13, а диод 14 включен между базой и коллектором транзистора 16. Пороговый узел содержит также резистор 18, подключенный между положительным полюсом источника питания и 1 О коллектором транзистора 16, два последовательно соединенных стабилитрона 19 и 20 и резистор 21, включенные одним выходом в базовую цепьтранзистора 22, а другим выходом к 15 эмиттеру транзистора 16, резистор 21 -к коллектору транзистора 22. Междуположительным выводом источника питания и.эмиттером транзистора 22подключен резистор 23, а резистор 24 2 О подключен между эмиттером транзистора 22 и базой транзистора 25. Кэмиттеру транзистора 25 подключеныконденсатор 26, второй вывод которого подключен к отрицательному полюсуисточника питания и резистор 27,соединенный с положительным полюсомисточника питания. В коллекторнуюцепь транзистора 25 включен последовательно с ре.зистором 28 управляющий ЗО (излучающий) элемент 9 .ключа 8.Устройство работает следующим образом.При отсутствии перенапряженийконденсатор 11 заряжен (полярностьуказана без скобок на Фиг.1) черезрезистор 10, дроссель 4, инвертор 3до уроелея .2 ш (КП = -- П, сов4 ОДгде П 1 - среднее значение выпрямОленного напряжения на .выходе моста б;- линейное напряжение навходе преобразователя;еп - число Фаз на .входе преобразователя;А - угол управления вентилей.При применении в выпрямительном мосте б неуправляемых вентилей сс = 0 уставка напряжения срабатывания порогового узла выбирается равнойП:= (1,1- 1,15 Вгде ПС 1 - среднее значение выпрямленного напряжения силового1239 выпрямителя на конденсаторе 5 фильтра 2 постоянноготока.При появлении на Фазах входа преобразователя импульса внешних или коммутационных перенапряжений,превышающего регулируемую уставку срабатывания Бпорогового узла 7,последний срабатывает и включает управляющий вход излучающего элемента 9, кото О рый вызывает включение ключевого эле.мента 8,последний через вентили катодной группы выпрямительного моста Ь, ограничительный резистор 10 обеспечивает передачу энергии перенапря жений для поглощения конденсатором 5 фильтра 2 постоянного тока и инвер.тором 3 через вентили анодной группы выпрямительного моста 6.Одновременно с включением ключевого элемента 8 происходит перезаряд конденсатора 11 по цепи: ключевой элемент 8 - дроссель 4 - конденсатор 11 (до полярности, указанной в скобках на Фиг.1). Обратный пере ,заряд конденсатора 11 происходит по цепи: (+) конденсатора 11 - дроссель 4 - ключевой элемент 8 - (-) конденсатора 11, При этом ток пере- заряда обеспечивает выключение ключевого элемента 8.Устройство подготовлено к приему нового импульса перенапряжения.Таким образом, конденсатор 11 и дроссель 4 фильтра 2 постоянного то- ,35 ка образуют коммутирующий контур, обеспечивающий выключение ключевого элемента 8.Пороговый узел 7 с помощью импульсов на управляющем входе элемента 9 обеспечивает включение ключевого элемента 8 (оптоэлектронной пары).Пороговый узел работает следующим образом. 1С47 Г 1. Устройство для защиты от перенапряжений статического преобразователя, включающего силовой выпрямитель и 11 -фильтр постоянного тока, соНапряжение на делителе (резисторы 12 и 13) пропорционально напряжению на входе преобразователя. Когда напряжение на резисторе 13 превысит напряжение на стабилитроне 17, открывается транзистор 16. При этом напряжение на коллекторе транзистора 16 становится меньше напряжения стабилизации стабилитронов 19 и 20 и транзистор 22 закрывается. При этом открывается транзистор 25, и конденсатор 26 (предварительно заряженный на делителе 12 и 13) разряжается по цепи: (+) конденсатора 26 - коллек 785 4тор-эмиттер транзистора 25-анод управляющего элемента - резистор 28(-) конденсатора 26,Переменный резистор 13 служитдля изменения порога срабатыванияузла. Ограничительный резистор 10ограничивает зарядный ток через конденсаторы 11 и 5 до величины, до-.пустимой для вентилей выпрямительного моста 6 и ключевого элемента 8.Энергопоглощение перенапряженийобеспечивается подзарядом конденсатора 5 фильтра 2 постоянного токаи периодическим его разрядом работающим инвертором 3 с частотой 2 пЕд,где г. - число модулей инвертора;Г - частота напряжения на выходепреобразователя.Время открытого состояния То ключевого элемента 8 определяется собственной частотой К, коммутирующегоконтура (конденсатор 11 и дроссель 4): 1То=Гоф1Го2 ЯД СС целью снижения потерь энергии выбор частоты Г коммутирующего контура определяется неравенствомз (24)2где ш - число Фаз напряжения навходе преобразователя;Г, - частота напряжения на входе преобразователя.Дроссель 4 (.) определяется из расчета параметров фильтра постоянного тока, а конденсатор 11 (С) из выражения Устройство может быть применено даже в случае применения на вхоДе преобразователя трехфазного мостовогосилового выпрямителя с неуправляемыми вентилями, так как 1,35 ПР ) Б 0,1 ) 0,1,где 0 - действующее линейное зна"Рчение перенапряжения. Формула изобретениядержащее выпрямительный мост, входомподключаемый к входным выводам статического преобразователя, пороговый узел, конденсатор и ограничительный резистор, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения КПД преобразователя при одновременном уменьшечии массогабаритных показателей,оно снабжено ключевым элементом, 1 Овключенным в последовательную цепочку с ограничительным резистором,один вывод которой предназначен дляподключения между точкой соединениядросселя и конденсатора Ы -фильтра 15постоянного тока, а другой выводподключен к одному выходному выводу выпрямительного моста того же потенциала, другой выходной вывод которого предназначен для соединения с выходным выводом силового выпрямителя одноименного потенциала, при этом пороговый узел входом подключен между выходными выводами выпрямительного моста, а выходом - к управляющему входу ключевого элемента, при этом один вывод конденсатора предназначен для подключения к точке соединения выходного вывода силового выпрямителя и дросселя С -фильтра, а другой его вывод подключен к точке соединения ключевого элемента и ограничительного резистора.тираж 612ЙИ Государственного комитета СССо делам изобретений и открытийМосква, Ж, Раушская наб., д одписно