Устройство для защиты тиристоров преобразователя от перенапряжений

(54) УСТРОЙСТВО РОВ ПРЕОБРАЗОВА НИЙ(57) Изобретени тротехнике, в ч ЗАЩИТЫ ТИРИСТООТ ПЕРЕНАПРЯЖЕ е относится к эл астности к преоб ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Уфимский авиационный институт им, Серго Орджоникидзе(72) А,Б.Иванов, С,Д.Короткин, А.А.Фаткуллин и Р.Г.Юнусов (53) 621.316.925.4(088.8) (56) Лекоргийе Ж. Управляемые электрические вентили и их применение. М.: Энергия, 1971, с. 153, рис.2-4.Чебовский О.Г. и др. Силовые полупроводниковые приборы. М.Энергия, 1975,с. 88 288812 А 1 зовательной технике, и может бытьиспользовано в различных устройствах,содержащих полупроводниковые вентили. Целью изобретения является повышение надежности и снижение установленной мощности ограничителей. напряжения, При перенапряжениях импульсы тока передаются через трансформатор тока 7 на функциональный преобразователь 8, моделирующий тепловую постоянную времени защищаемыхтиристоров 1, 2 и 3. При превышениипорога срабатывания порогового элемента 9 поступает сигнал на исполнительный элемент 10, снимающий импульсы управления. Установленная мощность ограничителей напряжения 4, 5и 6 снижается за счет ограничениядлительности перенапряжения. 1 з,п.ф-лы, 4 ил.1288812 ОГР ОГРо ОГР Т = Т + И ОКР сш(2) где ТПогрГ 1 У (Т - Т ) ОГР ОГР 7 ОКР (3) ОКР Изобретение относится к преобразовательной технике и может бытьиспользовано в различных устройствах,содержащих полупроводниковые вентили, 5.Цель изобретения - повышение надежности и снижение установленноймощности.На фиг, 1 приведена схема вентильного узла с устройством для защиты 10тиристоров; на фиг, 2 - вариант исполнения функционального преобразователя; на фиг. 3 - схема вентильного узла с устройством для защитыс вариантом включения исполнительно 15го элемента защиты; на фиг. 4 - временные диаграммы, поясняющие функционирование устройства для защитытиристоров полупроводникового преобразователя,20 Вентильный узел полупроводникового преобразователя с устройством длязащиты (Фиг. 1) состоит из последо-,вательно соединенных вентилей 1 - 3 25(для конкретного случая на фиг. 1взяты три тиристора) с параллельносоединенными ограничителями 4-6 напряжения, подключенными к вентилямчерез три первичные обмотки трансформатора 7 тока, вторичная обмоткакоторого подсоединена к входу функционального преобразователя 8, выход последнего через пороговый элемент 9 подключен к исполнительномуэлементу 10 защиты,Устройство работает следующим образом.При нормальном Функционировании.вентильного узла и при номинальных 40напряжениях на вентилях 1 - 3 (фиг.1)ограничители 4-6 не вступают в работу и через первичные обмотки трансформатора 7 тока ток не протекает(см. временные диаграммы фиг. 4). 45При возникновении каких-либо аварийных режимов, связанных с превышениемнапряжения на вентилях номинальногозначения ограничители 4-6 напряжения,которые выбираются по максимальнодопустимому чапряжению вентилей1-3 вступают в работу, ограничиваютнапряжение на вентилях (Б к,фиг. 4) и через первичные обмотки трансформаторатока протекает токОГР 4,5,6(фиг. 4). Импульсы токачерез ограничители 4-6 напряженияпреобразуются в постоянный сигналБ, нарастающий в функции их амплитудыи скважности, с помощьюФункционального преобразователя 8.При достижении выходным сигналом порога срабатывания пороговогоэлемента 9 Б ,Р (фиг. 4) последнийвьдает сигнал П на включение исполнительного элемента 10 защиты,снимающего управляющие импульсы0 чОР с тиристоров 1-3,Существенным для надежного функционирования вентильного узла является выбор параметров Функционального преобразователя 8. Наиболее рациональным является получение навыходе функционального преобразователя сигнала, пропорционального температуре структуры ограничителейнапряжения, которая определяетсявьделяемой в них энергией И выражая эту энергию через напряжениеОГраНИЧЕНИя Б, ,тОК ОгР И ВрЕМяполучаем: что, учитывая постоянство Б равОГРносильно: При отсутствии теплоотдачи в окружающую среду температура структуры ограничителя напряжения Т рав- на- температурР окружающейсреды;с и ш - удельная теплоемкостьи масса структуры ограничителя напряжения.С учетом теплоотдачи (пренебрегая теплоотдачей излучением) можно записать с учетом (1) и (2)где у - удельная теплопроводностьтограничителя напряжения среда.Анализируя формулу (3), можно сделать вывод, что температура структуры ограничителя напряжения определяется интегралом тока за вычетомпотерь тепла в окружающее пространство.Одним из вариантов моделирования формулы (3) (т.е. вариант исполненич функционального преобразователя фиг. 1) является исполнение в виде, показанном на фиг. 2 (остальные элементы см. Фиг. 1). Трансформатор 7 тока подключен к параллельной КС-цепочке и одновременно к входу порогового элемента 9.Конденсатор КС-цепочки выполняет функцию интегратора тока ограничителей напряжения, т.е. моделируетог дС извыражениесш1Формулы (3), а резистор моделирует теплоотдачу в окружающую среду, т,е. выРажение ,(Т - Т,р ) С из формулы (2).Таким образом, указанная КС-цепочка является функциональным преобразователем сигнала тока ограничителей напряжения в сигнал, пропорциональный температуре последних.На фиг. 4 (временная диаграмма П ) показано как при прохождении импульсов тока через ограничители 4-6 напряжения (фиг. 1) изменяется сигнал на выходе функционального преобразователя 8, отражая нарастание температуры структуры ограничителя напряжения. При достижении выходным сигналом Ж ) функционально 8го преобразователя 8 порогасрабатывания порогового элемента 9 Ж ) последний выдает сигнал на включение исполнительного элемента защиты.В функции исполнительного элемента защиты входит снижение напряжения на вентильном узле до допустимого уровня, при котором ограничители напряжения еще не вступают в работу и не пропускают через себя ток. Такое снижение напряжения может быть достигнуто, например, с помощью или полного отключения источника питания, или частичного снижения величины егонапряжения, или изменения режимаработы вентильного узла.5 10 15 50 20 25 30 35 40 45 На фиг. 3 приведен вариант выполнения исполнительного -. чемента защиты, Основная структура и обозначения соответствуют фиг. 1. При возникновении нарушения режима в виде превышения номинального значения напряжения на вентилях 1 - 3 ограничители напряжения 4 - 6 пропускают через себя ток, ограничивая величину напряжения. Через трансформатор 7 тока и функциональный преобразователь 8 сигнал поступает на пороговое устройство 9, при срабатывании которого включается исполнительный элемент 10 защиты. Исполнительный элементзашиты установлен в цепи управления вентилями вентильного узла и при отсутствии сигнала от порогового устройства 9 пропускает, импульсы управления на вентили 1 - 3. После поступления сигнала от порогового элемента (9) (временные диаграммы Би Б 1 р, ) исполнительный элемент 10 защиты прекращает подачу импульсов управления на вентили 1 - 3. Как известно, статическое распределение напряжения на вентилях в преобразовательных устройствах по величине всегда меньше напряжения в процессе работы, в частности за счет отсутствия коммутационных перенапряжений. По этой причине после снятия импульсов управления напряжение на вентилях значительно снижается (см. временные диаграммы П фиг. 4) до значения П статическогого напряжения, режимы перенапряжения над номинальными значениями ликвидируются. В момент снятия управления возможен кратковременный подъем напряжения, который также ограничивается ограничителями напряжения и не снижает надежности работы вентильного узла в целом.формула изобретения 1, Устройство для защиты тиристоров преобразователя от перенапряжений, содержащее ограничители напряжения по числу защищаемых тиристоров, предназначенные для подключения параллельно защищаемым тиристорам, отличающееся тем, что, с целью повышения надежностии снижения установленной мощности,введены трансформатор тока, функциональный преобразователь, пороговый и исполнительный элементы,при 1288812чем функциональный преобразовательвыполнен в виде соединенных параллельно резистора и конденсатора,первичные обмотки трансформаторатона включеныпоследовательно ссоответствующими ограничителями напряжения, вторичная обмотка подключена к входу функционального преобразователя, выход которого через1 пороговый элемент соединен с входом исполнительного элемента.2. Устройство по гп. 1 и 2, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что исполнительный элемент выполнен в виде блока запрета управляющих импульсов, .предназначенного для последовательного включения в цепи управляющих электродов защищаемых тиристоров.1288812 Составитель В.ШироковТехред М.Ходанич Корректор В.Бутяга Редактор С.Патрушев Тираж 641 ПодписноеГосударственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий13035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4 аказ 7818/53ВНИИПИ изводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,