Устройство для защиты автономного инвертора напряжения

(ц)5 Н 02. Н 7/12 ЕЛЕН ИЯ ИСАЙИ Е.90. Вюл, Во-исследоват 25ельский технологичего электропр торс кии ут комплектн ирский завод вода "Сибста омплектно оэлектроп вода и Си злектропр вод" (2) Г, Н. Г.В. Кузи (53) 621. (56)Автор Кд 877696,Авторс У 1467659 р ьство СССР /10, 1980, ство СССР 7/12, 04,0 Ь сви Н 0 кл е свидетелькл, Н 02 Н(57) Изобрете технике. Цель повышение над ния коммутаци путем ограничепряжений и обес жностнных ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТДО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОтнРЫТИЯМПРИ ГННТ СССР К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Коваливкер. Ю,И, Инькова и Л.М. Мирецкая16.925.4(088,8)(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ АВТОНОМНГО ИНВЕРТОРА НАПРЯЖЕНИЯ ие относится к электр изобретения является печение надежного восстановления вентил:"ных свойств силовых тиристоров,При возникновснии короткого замыканияв инверторе 2 ток, протекающий через датчик 19 тока, достигает величины тока первой уставки, срабатываетпервый компаратор и выдает сигнал навключение тиристоров 13 и 11. Привключении тиристора 13 ток короткогозамыкания нарастает под действиемдвух напряжений коммутирующего конденсатора 12 и фильтрового конденсатора 7, Вследствие этого величинасигнала снимаемого с датчика 19 тока, достигае- величины тока второйуставки Срабатывает второй компара-.ор и включается дополнительный тиристор 5 В результате значительноснижается величина ударного тока перезаряда двух последовательно включенных конденсаторов путем разделенияего между допо.нительным тиристором5 и силовьпп. тиристсрами инвертора21, Тем самым снижается и величина1576971 конден, что конденизбыточного тока перезарядасатора 12 по цепи тиристорауменьшает закачку энергии в( Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты автономных инверторовнапряжения.Цель изобретения - повышение на,дежности путем снижения коммутацион,ных напряжений и обеспечения надежного восстановления вентильныхсвойств силовых тирисоров инвертсра,.На Фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства для защиты; нафиг. 2 - принципиальная схема блокауправления защитой,Устройство содержит источник 1 питания защищаемого инвертора, цепь,включающую резистор 2 и диод 3, подсоединенную одним выводом к положительному выходу источника 1 питания,дополнительный реактор 4, подключенный последовательно с дсолнительнымтиристором 5, подсоединенным катодомк отрицательному выходу источника 1питания, токоограничивающий реакгор6, подсоединенный параллельно цепииз резистора 2 и диода 3, Фильтровойконденсатор 7 автономного инверторанапряжения, тиристорный ключ 8, предиазначенпьп для подключения катоцом кположительному выводу инвертора,ограничительный резистор 9,подсоединенный паралепльно тиристорному ключу8, разрядный резистор 10 и обратныйтиристор 11 подсоединенные параллельно тиристорному ключу 8. цепочкуиз коммутирующего конденсатора 1коммутирующего тиристора 13 с подключенным встречно-параллельно обратнымдиодом 14 и коммутирующего реактора".5, подсоединенную параллельно тиристорному ключу 8, зарядные резистор16, диод 17 и трансФорматор 18, предназначенные для заряда коммутирующегоконденсатора 12, датчик тока, выполненный в виде шунта 19, к одному извыводов которого подсоединен катодомтиристорный ключ 8, другой вывод шунта 19 соединен с входом автономногоинвертора напряжения через автоматический выключатель 20, автономныйинвертор 21 напряжения, состоящий изсиловых тиристоров 22-27, распредели- т сатор 12, снижая уровень напряжений,прикладываемых к элементам защиты,и повышая надежность их работы. 2 ил,1 тельных тиристоров 28-33, обратных д тиристоров, 34-39 и узла 40 принудительной коммутации, в котором выводыпостоянного тока моста силсвых и моста обратных тиристоров подсоединены квходным вь(водам инвертора, выводы переменного тока указанных мостов и моста распределительных тиристоров подсоединяются к трехфазной нагрузке, авыводы постоянного тока моста распределитеп(ь ных тиристоров соединяются с 2 д выводами узла принудительной коммутации соединенного с входными шинамиинвертора напряжения, блок 41 управления защитой.Ълок 41 управления защитой (фиг,2) 25 содержит усилитель 42 с гальваничес,кой развязкой, первый и второй компараторы 43 и 44, Формирователь 45 импульсон управления, элемент НЕ 46,элемент И 47, усилители-ФормироватеЗп ли 48-50, импульсов управления соответственно коммутирующим 13, обратным11 и дополнительным 5 тиристорами,элемент ИИ 51, усилитель-формирователь 52 импульсов управления тиристорным ключом 8Входы блока 41 управления соединяются с выводами шунта 19. На входблока 41 управления подаются такжесигналы уставск срабатывания защиты (1 р (,11, ) илогические сигналы выборарежима работы ( Тяга, Торможение ), определяющие знак напряжения фильтрово,го конденсатора в зависимости от знака напряжения фильтрсвсгс кондея это 5 ра, Выходы усилителя 42 соединяютсяс входами компараторов 43 и 44, приэтом на вторые входы ксмпараторов 43и 44 подаются сигналы уставок 1и 1срабатывания защиты, Вьсодыкомнараторов соединяются с входамиФормирователя. 45 и усилителя-формирователя 50. Выход Формирователя 45 соединяется с элементом НЕ 46 и усилителями-формирователями 48 и 49, выходэлемента НЕ 46 соединяется с входомэлемента И 47, выход которого соединяется с элементом ИЛИ 51, выход элемснта ИЛИ 51 соединяется со входомусилителя-Формирователя 52. Выходы5 15формирователей 48 - 50 и 52 соединя- -ются соответственно с управляющимивыводами тиристоров 13, 11, 5 и 8устройства защиты инвертора. На вторые входы элементов И 47 и ИЛИ 51подаются логические сигналы управления, соответствующие режимам "Тяга",Торможение,Устройство работает следующим образом.Рассмотрим ситуацию увеличения тока нагрузки, например, при срывесцепления, В режиме "Тяга" от блока41 управления подается сигнал навключение ткристорного ключа 8 и токнагрузки замыкается по цепи: преобразователь 1, тиристор 8, шунт 19,выключатель 20, инвертор 21. Исходная полярность фильтрового конденсатора 7 показана на фиг, 1 без скобокПусть были включены силовые тиристоры 22, 25 и 26. При срыве сцепленияток возрастает по цепи фильтровогоконденсатора: , 6, 8, 19, 20, 22,нагрузка, 25, 7. При этом с шунта 19поступают сигналы на вход блока 41управления, где сравниваются с сигналом уставки. При достижении сигналом,снимаемым. с датчика 9 тока, уровнясигнала уставки 1 , на тирксторы13 и 11 выдаются импульсы управления.Конденсатор 12 в исходном состоянииимеет полярность, указанную нафиг. 1.При включении тиристоров 13 и 11он начинает перезаряжаться по цепи:12, 13, 15, 8, 12 и тиристорный ключ8 запирается, Ток тиристорного ключа8 вытесняется в цепь коммутирующегоконденсатора 12 и ток нагрузки замы -кается по цепи: 7, 6, 12, 13, 15, 19,20, 22, нагрузка, 25,7. Перезарядконденсатора осуществляется в колебательном режиме, избыточный ток перезаряда конденсатора 12 замыкается поконтуру: 12, 13, 15, 11, 10, 12, таккак сопротивление резистора 10 выоирается на порядок меньше сопротивления резистора 9.Для восстановления вентильныхсвойств тиристорного ключа 8 к немуприкладывается падение напряжения нарезисторе 10, При достижении на конденсаторе 12 напряжения, равного напряжению фильтрового конденсатора,начинается процесс выключения тиристора 13, Восстановление вентильныхсвойств тиристора 13 происходит по 76971 6контурам: 12, 6, 7, 25, нагрузка, 22,20, 19, 15, 13, 12 и 12,9, 15, 13, 12,а тиркстора 11 по контуру; 12, 10,11, 15, 14, 12.Прк выключении тиристора 13 токнагрузки переводится в цепь ограничительного резистора 9 и начинает спадать, атем с вьдержкой временк, равной постоянной времени нагрузки, блок 41 управления выдает импульс на включение тиристорного ключа 8 и инвертор 21 продолжает нормально функционировать.Рассмотрим работу устройства в аварийных ситуациях при тепловом пробое р-и переходов силовых ткристоров. Пусть в результате аварки потерял венткльные свойства тиркстор 23, что привело к возникновению короткого замыкания фильтрового конденсатора по контуру 7, 6, 8, 19, 20, 22, 23, 7,1 рк этом быстро нарастающий ток короткого замыкания, протекающий через шунт 19, достигает величины тока уставки (1 ,1 срабатывания защиты, прк котором блок 41 управления выдает сигналы на включение гкрксторов 13 и 11. Ток короткого замыкания из цепи запирающегося ткристорного ключа 8 переводктся в цепь тиристора 13, создавая следующий контур: 7, 6, 12, 13,15, 19, 20, 22, 23, 7. Прк включениитиристора 13 ток короткого замыканиянарастает под действием двух напря. -жений: коммуткрующе о конденсатора12 и фильтрового 7. Вследствие этоговеличина его выше, чем в упомянутомранее режиме, и при достижении сигналом, снимаемым с шунта 19, уровня1 ,включается дополнительный ткрисстор 5.Включечке дополнительного тиркстора 5 гозволяет значительно снизить 45 велкчкну усарного тока перезарядадвух последовательно включенных конденсаторов путем разделения его междудополнительным тиристором (контур 7,6, 2, 4, 5, 7) и силовыми ткристорами 50 инвертора (контур 7, 6, 8, 19, 20,21, 7), Тем самым снижается и величина избыточного тока перезаряда конденсатора 12 по цепи тиристора 11, чтоуменьшает закачку энергии в конденсатор 12, снижая уровень напряжений,прикладываемых к элементам защиты иповышая надежность кх работы.11 ерезаряд конденсатора 7 сопровождается накоплением энергии в индуктив 157697ностях рассеяния реакторов 6 и 4. Приэтом при смене знака ЭДС реактора 6энергия, запасенная током нагрузки,расходуется в контуре: 6 2, 3 и неф У У5возвращается в конденсатор 7. Нарядус указанным контуром перезаряд конденсатора 7 осуществляется также поконтуру: 7, 6, 2, 4, 5, 7, послевключения дополнительного тиристора5 и часть энергии возвращается вконденсатор и удерживает на нем напряжение отрицательной полярности, необходимое для надежного восстановлениявентильных свойств силовых тиристоров 15инвертора,Таким образом, после запирания тиристорного ключа 8 ток короткого замыкания, протекающий по цепи коммутирующего тиристора 13, перезаряжаеткоммутирующий конденсатор защиты поконтуру: 12, 13, 15, 11, 10, 12, Врезультате перезаряда конденсатора12 запирается коммутирующий тиристор13, и ток короткого замыкания переводится в результате включения,цополнительного тиристора 5 в контур 7, 6,2, 4, 5, ц 7, закачивая энергию в дополнительный реактор 4.Токи, оЬусловленные индуктивнос- . 3 Отями рассеяния фаз нагрузки при включении обратных тиристоров замыкаютсяпо контурам: нагрузка фазы А, 34,20, 19, 9, 2, 3, 7, 37, нагрузка Фазы В, или нагрузка фазы С, 38, 2019, 2, 3, 7, 37, нагрузка фазы В.При этом. напряжение фильтровогоконденсатора 7 в результате закачивания запасенной в индуктивностяхрассеивания энергии дополнительногореактора 4 меняет знак, вследствиечего тиристоры 22 и 26 выключаютсяпо цепи "+" 7, 37, нагрузка фазы В,нагрузка Фазы А (нагрузка Фазы С, 22,(26), 20, 19, 9, 2, 3 "-" 7, а затем 45при спаде токов нагрузки до нуля выключается тиристор 25.Индуктивность токоограничивающегореактора 6 выбирается из условия ограничения скорости нарастания тока нагрузки таким образом, чтобы за времяпрохождения сигналов в канале управления и включении коммутирующего иразрядного тиристоров, его величинане превысила величину максимальногокоммутируемого узлом принудительнойкоммутации (УПК) тока, вследствие.чего во всех стационарных режимах УПКоЬеспечивает надежное выключение вентилей автономного инвертора напряжения,Индуктивность дополнительного реактора 4 выбирается из условия ограничения совместно с токоограничивающим реактором 6 допустимой величиныударного тока короткого замыкания искорости его нарастания.При этом волновое сопротивлениеконтура: 7, 6, 2, 4, 5, 7 должно бытьменьше, чем волновое сопротивлениеконтура". 7, 6, 12, 13 15, 19, 20,22, 23, 7. Это условие позволяет большую часть тока короткого замыканияперевести в цепь дополнительных тиристора 5 и реактора 4 и снизить уровенькоммутационных перенапряжений на конденсаторе 12,В режиме рекуперации при возникновении короткого замыкания по цепиобратного тиристорного моста величинатока ограничивается резистором 9,Рассмотрим работу блока 41 в режме "Тяга", Па вход элемента И 47 подается логический сигнал, соответствующий 1, С выхода элемента 1 БИ 51при отсутствии сигнала с Формирователя 45 подается логический сигнал, равный 1, вследствие чего с выхода элемента И 47 на вход элемента ИЛИ 51подается сигнал, равный 1. С выходаэлемента ИЛИ 51 на вход усилителя-Формирователя 52 подается сигнал, равный1, и формирователь выдает сигнал навключение тиристорного ключа 8, Навход усилителя 42 подается сигнал сшунта 19, соответствующий мгновенному значению тока на входе инвертора,Этот сигнал сравнивается с сигналамиуставки на входе компараторов 43 и 44.При условии превышания током нагрузкитока уставки Х , выдается сигнална вход формирователя 45. С выходаФормирователя 45 на вход элементаНК 46 поступает сигнал, равный 1, соответственно на вход элемента И 47пожается логический сигнал, равный О,а с выхода элемента И 47 снимается логический сигнал, равный 1, в результате чего снимается импульс управления тиристорного ключа 8. Одновременно с выхода формирователя 45 поступают сигналы управления на усилителиФормирователи 48 и 49, с выхода которых импульсы управления подаются навключение тиристоров 13 и 11,Когда сигнал с выхода усилителя42 становится меньше сигнала уставки1576971 10 1-, на выходе элемента НЕ 46 появ Iляется логический сигнал, равный 1, и тиристорный ключ Я снова включается, Если сигнал с выхода 42 не уменьшился, а продолжает нарастать и достигает величины тока уставки, сравниваясь на дополнительном компараторе 44 с сто на вход усилителя-Формирователя 50 с выхода компаратора 44 выдается сигнал.С выхода усилителя-формирователя 50 выдается импульс управления на включение дополнительного тиристора 5. В режиме рекуперации импульсы управления на тиристоры 11 и 13 запрещаются, что исключает режим короткого замыкания по цепи тиристора 11. Формула изобретенияУстройство для защиты автономного инвертора напряжения, содержащее тиристорный ключ катод которого через датчик тока, выполненный в виде шун та, предназначен для подключения к положительному входному выводу автономного инвертора напряжения, а анод тиристорного ключа предназначен для подключения к положительному выходо - му выводу источника питания автономного инвертора напряжения 1 ель из последовательно включенных коммутирующих конденсатора, тиристора и реактора, подключенную параллсльно тиристорному ключу, обратный диод, включенный параллельно коммутирующему тиристору, токоограничивающий реактор, один из выводов которого соединен с анодом тиристорного ключа, а другой вывод предназначен для подключения к выводу конденсатора фильтра, другим выводом соединенному с отрицательным входным выводом автономного инвертора напряжения и отрицательным выходным выводом источника питания защища. емого инвертора, цепь из соединенных последовательно резистора и диода, включенную параллельно токоограничивающему реактору, зарядный трансформатор, один и другой выводы вторичной обмотки которого соответственно через зарядные резистор и диод подключены к коммутирующему конденсатору, цепочку, состоящую из послгдовательно включенных обоатного тиоистора и разрядного резистора, подключенную параллельно ткристорному ключу, ограничительный резистор, подключгнный параллельно тиристорному ключу, блок уп. равлеиия. защитой, включающий в себя усилитель с гальванической развязкой,входом подключенный к выходу датчика тока, а выходом - к одному входу первого компаратора, другой вход которого подключен к выводу для подключения первого сигнапа уставки, а выход - к входу формирователя импульсов управления, выход которого подключен квхсду элемента НЕ и входам усилителей-формирователей импульсов управления коммутирующим и обратным тиристорами, выход элемента НЕ подключен кодному входу элемента И, другой входкоторого подключен к выводу для подключения логического сигнала управления, соответствующего режиму Тяга,а выход элемента И подключен к одномувходу элемент. 3 П, другой вход которого подклю;гн к ьыводу для подключения логическогс сигнала управления,соответствующего режиму "Торможение,выход элемента 1 П 11 подключен к входуусилитель-формирователя импульсов уп- ,5 равленкя тиристорного ключа, при этомвыходы усилителей-формирователей импульсов управлеия коммутирующим, обратным .тирксторами и тиристорным ключом подключены к управляющим электро- ЗО дам соответственно коммутирующего,обратного тиристоров и тиристорногоключа, отличающееся тем,что с целью повьпцгния надежности путем ограи.гния коммутационных напряжений и обеспечения надежного восстановления вентильных свойств силовых тиристоров инвгртора в него введеныдополнительный реактор и дополнитель-ный тиристор а в блок управления защитой введен второй компаратор и усилитель-формирователь импульсов управления дополнигельным тиристором, причем дополнительный тиристор катодомпредназначен для подключения к отрицательному выводу автономного инвертора напряжения, а анодом подключен кодному выводу дополнительного реактора, другой вывод которого подключен кобшей точке последовательно соединенных резистора и диода,при этом первыйвход второго компаратора блока управления защитой подключен к выходу усилителяс гальванической развязкой, второй вход подключен к выводудля подключения второго сигнала уставки,а выход второго ксмпаргтора чергз усилитель-формирователь импульсов управления дополнительным тиристором подключен к управляющему электроду дополнительного тиристора.15691 оставитель О. Иецеряковаехред Л,Сердюкова Корректор И. Иаксимиши едактор Е, Папп одписн дственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгор Гагарин о Заказ 1850 Тираж 477ВНИИПИ Государственного комитета по и113035, Иосква, Ж,ретениям и открытиям при ГКНТ СССРушская наб., д. 4/5