Тиристорный преобразователь с защитой

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН 11 Н 02 М 5/257; Н 02 Н 7 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола (53) 621.314.2:621.316.925.4 (088.8)(56) 1. Авторское свидетельство СССР У 851729, кл. Н 02 Р 13/16, 1981.2. Авторское свидетельство СССР У 83354, кл. Н 02 М 7/04, 198 1. (54)(57) ТИРИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ЗАЩИТОЙ, содержащий силовой трансформатор, первичная обмотка которого через автоматический выключатель соединена с выводами для подключения питающей сети, вторичная обмотка крайними выводами подключена к анодам тиристоров, а средним выводом - к первому выходному выводу, систему импульсно-Фазового управления тиристорами, вход которой соединен с выводом для подключения источника сигнала управления, а выходы подключены к управляющим электродам тиристоров, источник опорного напряжения и демодулирующий фильтр, выходкоторого через пороговый элемент подключен к управляющему входу автоматического выключателя, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюупрощения конструкции и повьппениянадежности, в него введены разделительный трансформатор с первичнойи двумя вторичными обмотками, первыйи второй резисторы и релейньп элемент, при этом первичная обмотка,разделительного трансформаторакрайними выводами подключена к катодам тиристоров, а средним выводомсоединена с вторым выходным выводом,первая вторичная обмотка через первый резистор подключена к источникуопорного напряжения, а вторая вторичная обмотка включена между входом релейного элемента, через второйрезистор подключенным к шине нулевого потенциала, и его выходом, соединенным с входом демодулирующегоФильтра.1 110Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может использоваться при автоматизации технологических процессов, например, в системах вентильного электропривода прокатных станов.Известен тиристорный преобразователь (ТП), система импульсно-фазового управления которого выполнена на основе автоколебательных преобразователей аналоговой информации с использованием амплитудной модуляции синхронизирующего воздействия, что повышает помехоустойчивость системы управления тиристорами силового блока13.Однако данное устройство характеризуется низкой надежностью,так как в нем не предусмотрен блок быстродействующей защиты тиристоров по току нагрузки.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является тиристорный преобразователь с защитой, содержащий силовой трансформатор, первичная обмотка которого через автоматический выключатель соединена с выводами для подключения питающей сети, вторичная обмотка крайними выводами подключена к анодам тиристоров, а средним выводом - к первому выходному выводу, систему импульсно-Фазового управления тиристорами (СИФУ), вход которой соединен с выводом для подключения источника сигнала управления, а выходы подключены к управляющим электродам тиристоров, источник опорного напряженйя и демодулирующий фильтр, выход которого через пороговый элемент подключен к управляющему входу автоматического выключателя. Устройство характеризуется высокой надежностью СИФУ преобразователя 1. 21,Однако известный преобразователь имеет низкую надежность блока силовых тиристоров.Традиционным способом отключения силового блока тиристорных ключей от напряжения сети является форжроваиие сигнала превьипения током нагрузки допустимого значения. Информационным воздействием на силовой выключатель в данном случае является выходное напряжение датчика тока.Защита известного ТП от перегрузок по току не обеспечивает высокой надежности блока силовых тиристоров, так как защиту от преобразователя1990 5О 35 4 О 50 55 необходимо осуществлять не по среднему значению тока нагрузки, а помаксимальному значению тока, протекающего через вентиль силового блока. Реализация подобного алгоритмазащиты ТП с помощью известных технических средств ведет к резкомуувеличению аппаратурных затрат,так как требует введение в преобразователь датчиков тока, число которых должно соответствовать чйслусиловых тиристоров ТП. Это в своюочередь снижает надежность тиристорного преобразователя в целом.Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности тиристорного преобразователя.Поставленная цель достигается тем, что в тиристорный преобразователь с защитой, содержащий силовой трансформатор, первичная обмотка которого через автоматический выключатель соединена с выводами для подключения питающей сети, вторич" ная обмотка крайними выводами подключена к анодам тиристоров, а средним выводом - к первому выходному выводу, систему импульсно-фазового управления тиристорами, вход которой соединен с выводом для подключения источника сигнала управления а выходы подключены к управляющим электродам тиристоров, источник опорного напряжения и демоду"лирующий фильтр, выход которогочерез пороговый элемент подключен куправляющему входу автоматическоговыключателя, введены разделительныйтрансформатор с первичной и двумявторичными обмотками, первый и второй резисторы к релейный элемент,при этом первичная обмотка разделительного трансформатора крайнимивыводами подключена к катодам тиристоров, а средним выводом соедииена с вторым выходным выводом,первая вторичная обмотка черезпервый резистор подключена к источнику опорного напряжения, а втораявторичная обмотка включена междувходом релейного элемента, черезвторой резистор подключенным к шиненулевого потенциала, и его выходом,соединенным с входом демодулирующегофильтра,На фнг.1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства,О 990 4 1 О 20 25 30 35 40 При положительном знаке выходного 50 импульса релейного элемента 17 через обмотку 14 трансформатора 11 протекает ток, который создает на резисторе 16 падение напряжения, амплитуда которого пропорциональна 55 току холостого хода разделительного трансформатора 11, В момент насыщений магнитопровода трансформатора 11 3 11на фиг.2 - временные диаграммы егосигналов.Устройство содержит автоматический выключатель 1, силовой трансформатор 2 с первичной 3 и вторичной 4 обмотками, тиристоры 5 и 6с управляющими электродами 7 и 8,систему импульсно-фазового управления (СИФУ) 9 с входным выводом10,разделительный трансформатор 11с первичной 12 и вторичными 13 и 14обмотками, резисторы 15 и 16, релейный элемент 17, демодулирующийфильтр 18, пороговый элемент 19,.входные выводы 20 и 21, управляющий вход 22 автоматического выключателя 1, выводы 23 и 24 для подключения источника опорного напряжения, шина 25 нулевого потенциала преобразователя, К выходу преобразователя подключена нагрузка 26.Устройство работает следующим образом,СИФУ 9 служит для формированияимпульсов управления тиристорами 5и 6 и выполнена по известной схеме,например на основе автоколебательных преобразователей информации.Поддействием сигнала управления происходит фазовый сдвиг импульсов управления тиристорами 5 и 6 по отношениюк напряжению сети (3 , за счетчего изменяется продолжительностьоткрытого состояния тиристоров 5 и 6Трансформатор 11 в совокупностис релейным элементом 17 (Фиг.1) образуют каскад, работающий в режимеустойчивых автоколебаний и выполняющий функции датчика тока тиристоров 5 и 6. При нулевом значении токов в обмотках 12 и 13 среднее значение сигнала на выходе релейногоэлемента 17 равно нулю (фиг.2 Б ).Релейный элемент 17 имеет симметричные относительно нулевого уровня ТПпороги переключения + о (Фиг.2 а ),а его выходной сигнал (Фиг.28 ) неизменен по модулю амплитуды и меняется только по знаку в пределах ф А.на резисторе 16 создается импульснапряжения (фиг.2 а ),под действиемкоторого происходит переключениерелейного элемента 17 (фиг.2 Ю )и начинается процесс перемагничивания трансформатора 11. Следующее переключение релейного элемента 17происходит в момент времени очередного насыщения трансформатора 11. Вдальнейшем процесс периодически повторяется. При этом постояннаясоставляющая выходных импульсов релейного элемента 17 за период их дискретизации равна нулю.Предположим, что к обмотке 13 подключен источник опорного напряжения постоянного уровня. Тогда в интервале времени е(Фиг,2) пере" магничивание трансформатора 11 происходит под действием суммы токов в обмотках 13 и 14, а в интервале времени Т 2 (фиг,2) - под действием разности токов в этих обмотках. В результате С 2С 1 и постоянная составляющая выходных импульсов релейного элемента 17 за период автоколебаний достигает величины, пропорциональной уровню тока в обмотке 13. Аналогичным образом автоколебательный каскад 11 и 17 реагирует и на изменение таков в обмотке 12. Выделение постоянной составляющей выходных импульсов релейного элемента 17 осуществляется с помощью демодулирующего фильтра 18 (фиг.2 а ). Частота автоколебаний каскада 14 и 22 выбирается намного превьппающей частоту сетевого напряжения.Рассмотрим принцип действия автоа. колебательного каскада ТП при работе тиристоров 5 и 6Считаем, что опорное напряжение, подключенное к обмотке 13, равно нулю.При переходе тиристора 5 в открытое состояние через обмотку 12 протекает ток нагрузки, который вызывает изменение скважности импульсов на выходе релейного элемента 17. Учитывая, что частота автоколебаний намного превьппает частоту тока в тиристоре 5, постоянная времени Фильтра 18 незначительна, а на входе порогового элемента 19 формируется сигнал, который с достаточно высокой точностью повторяет форму тока через тиристор 5.В следующем полупериоде сетевого напряжения работает тиристор 6, иток нагрузки контролируется с помощью обмотки 12 аналогично,Таким образом, при нормальнойработе тиристоров 5 и 6 автоколебательный каскад 11 и 17 выполняет 5функции датчика тока нагрузки 26 .Если в цепи нагрузки ТП происходит короткое замыкание, то резкоувеличивается ток через одну изполуобмоток 12 разделительного1 Отрансформатора 11, В результате навыходе демодулирующего фильтра 18возрастает амплитуда напряжения,которая достигает уровня срабатывания порогового элемента 19, и на15вход 22 выключателя 1 подается импульс напряжения, приводящий к отключению ТП от напряжения сети. Пороговый элемент 19 выполнен с симметричной зоной нечувствительности, а еговыходной импульсный сигнал имеетзнак, например отрицательный, независящий от знака сигнала на выходефильтра 18.Предположим, что произошло короткое замыкание в цепи тиристора5 и он оказался элементом с двухсторонней проводимостью. Тогда при переходе тиристора 6 в открытое состояние ток короткого замыкания будет 30протекать сразу через обе полуобмотки 12 трансформатора 11, Это вызываетэффект увеличения коэффициента усиления автоколебательного каскада ТП, что способствует Форсированию процесса выключения силового трансформатора 2. Таким образом, автоколебательный каскад ТП в данном случае выполняет функции датчика тока короткого замыкания во вторичной цепи силового трансформатора 2, причем с коэффициентом усиления,превышающим его значение при нормальной работе тиристоров 5 и 6.С помощью обмотки 13 и источника опорного напряжения, подключаемого к выводам 23 и 24, производится установка "0" выходного сигнала релейного элемента 17, либо наоборот в случае необходимости задается асимметрия статической характеристики автоколебательного каскада ТП.Таким образом, защита блока силовых тиристоров осуществляется как по току нагрузки, так и по амплитудному значению тока короткого замыкания через тиристоры.Кроме того, контроль тока через вентили силового блока осуществляется с помощью лишь одного датчика тока, что значительно упрощает конструкцию ТП.Предлагаемый тиристорный преобразователь отличается простотой технической реализации и повышенной надежностью.