Устройство для защиты от аварийных токов управляемого преобразователя

Союз СоветскихСоциалистицескихРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(43) Опубликовано 15.07.76.Бюлл Гасударственный комет Совета Министров ССС оо данаи изооретений и открытий(45) Дата опубликования описания 12,08,76 72) Автор изобретени А, И. Григорье(7 ель ТРОЙСТВО ДЛЯ ЗА УПРАВЛЯЕМО 5 клю ретоковой защчты хаи основными недос- М э Изобретение относится к области токовых зашит электрооборудОвания силовыхцепей тиристорных электровозов переменного тока с коллекторными электрическимимашинами постоянного тока независимоговозбуждения,Известно устройство для защиты от аварийных токов управляемого преобразователя, соединенного с электрическими машинами постоянного тока, обмотки возбуждениякоторых подключены к статическому возбудителю, содержащее зарядные и разрядныетиристоры в узлах а также эмиттерныетиристоры формирования импульсов управления, и блок преобразования сигналов датчика пробоя преобразователя, датчика опрокидывания преобразователя и датчика кругового огня ча коллекторах электрическихмашин. Статический возбудитель переводится из рабочего режима в режим противовчения, и также применяется емкостной ирыватель тока и зашиты по управляющемуэлектроду тиристоров,Известное усгройстворактеризуется следуошим Ъ ОТ АВАРИИНЪХ ТОКОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ татками. В части статического возбудителя: не обеспечивает авторегулируемого процесса противовозбуждения; противовозбуждение обеспечивается лишь при условии, если силовой трансформатор электроустановки подключен к источнику литания, В части устройства зашиты по управляющему электроду: тиристорные короткозамыкатели, установленные в цепях прохождения управляющих им- О пульсов, характеризуются в многоплечих преобразователях значительным количеством конструктивных элементов и, следовательно,пониженной надежностью,1 ель изобретения - повышение эффективности действия защиты и повышение надежности зашиты путем образования нулевогвентиля из двух противофазных тиристоровпреобразователя.Эга цель достигается тем, что устройство снабжено дополнительными тиристорами, подключенными через стабилитрон параллельно унравляюшему электроду зарядного тиристора в обоих узлах, управляющиелектроды дополнительных тиристоров подключены к выходам блока преобразования синалов, и управляющие электроды разрядныхтиристоров в обоих узлах подключены кдругим выходам блока преобразования сигналов через дополнительные разделительныедиоды.Кроме того, устройство может быть снабжено конденсатором, подключенным черездополнительный диод к выходу узла формирования импульсов управления тиристоровпреобразователя и через другие дополнительные тиристоры, управляющие электроды которых подключены к выходу блока преобразования сигналов, к первичным обмоткам импульсных трансформаторов указанных двухпротивофазных тиристоров преобразователя.Устройство может быть также снабжено фтиристорами противовозбуждения, управляющие электроды которых подключены черезблок формирования импульсов управленияэтими тиристорами и элементы задержкик выходу блока преобразования сигналов, Яа силовые электроды подключены к обмоткам якорей и возбуждения электрическихмашин,На фиг. 1 показана принципиальная электрическая блок-схема описываемого устрой- Иства; на фиг. 2 - узел преобразования изадержки сигналов в соединении с узломформирования импульсов управления тиристоров преобразователя,Как показано на фиг. 1, узел 1 преобразования и задержки сигналов подключенвыводами о. к источнику 2 питания переменного тока, выводами Б - на выходные выводы датчика 3, срабатывающего при возникновении режима опрокидывания преобразователя; выводами С - на выходные выводыдатчика 4, который срабатывает при возникновении режима "кругового огня" и включен на равнопотенциальные точки параллельно включенных цепей обмоток 5-6 якорей Юдвух электрических машин; выводами д -6 на выводы управляющих электродов тиристоров 7-8 противовозбуждения, которые совместно с нормально закрытыми 9-11 иоткрытыми 12-15 контактами тормозного 45переключателя предназначены для переключения последовательно включенных обмоток16 возбуждения электрических машин израбочего режима возбуждения в режим противовозбуждения, условно выводами- на 60входы узла 17 формирования импульсовуправления тиристоров 18-1 9 статическоговозбудителя; выводами Я - на управляющий электрод тиристора 20 емкостного прерывателя тока в тиристорах 18-1 9 стати- Ического возбудителя; выводами 1 - на выводы датчика 21, который срабатывает припробое плеча преобразователя и снабженудерживающим элементом; условно необозначенными выводами ч вход узла 22 форми рования импульсов управления тиристоров 23-26 преобразователя. Цепи обмоток 5-6 якорей содержат зашунтированные нормально замкнутыми контактами 27-28 тормозного переключателя стабилизирующие резисторы 29-30, сглаживающие реакторы 31- 32, быстродействующие контакторы 33-34 и включены через преобразователь и датчик 21 пробоя на выводы вторичной обмотки 35 силового трансформатора. Обмотки 16 возбуждения зашунтированы резисторами 36- 37, резистор 37 превосходит по величине резистор 36 и зашунтирован диодом 38, который включен встречнонапряжению статического возбудителя и обеспечивает получение приемлемой величины перенапряжений при емкостном прерывании тока в тиристорах 18-19 статического возбудителя. Конденсатор 39 емкостного прерывателя подключен к блоку 40 заряда конденсатора 39 через диод 41, а к выводам статического возбудителя - через тиристор 20 и разделительные диоды 42-43, что сделано для облегчения прерывания тока в тиристорах 18-1 9 статического возбудителя емкостным прерывателем тока. Статический возбудитель включен на выводы вторичной обмотки 44 силового трансформатора. Первичная обмотка силового трансформатора переключена к источнику питания через главный однополюсный воздушный выключатель 45.На фиг, 2 показаны составляющие элементы и связи узлов 1 и 22, Узел 1 содержит блок 46 преобразования сигналов датчика 3 опрокидывания преобразователя, датчика 4 кругового огня и датчика 21 пробоя плеча преобразователя. Блок 46 усиливает, размножает и преобразует длительность сигналов этих датчиков.Узел 22 формирования импульсов управления тиристоров 23-26 преобразователя содержит трансформатор 47 и блок 48 управления зарядным тиристором 49, причем выход блока 48 и управляющий электрод зарядного тиристора 49 соединены через стабилитрон 50. Эти элементы узла 22 совместно с диодом 51 предназначены для заряда конденсатора 52. Конденсатор 52 подключен через тиристор 53 к первичной обмотке импульсного трансформатора 54 одного из тиристоров 23-26 преобразователя. На фиг. 2 условно показан один такой импульсный трансформатор 54.Через разрядный тиристор 55 конденсатор 52 подключен к токоограничивающему резистору 56. Блок 57 управления преобразователем подключен своими выходами к управляющему электроду тиристора 53 непосредственно, а к управляющему электроду разрядного тиристора 55 через разделительный диод 58.б5Предлагаемое устройство для зашиты отаварийных токов управляемого преобразователя снабжено также дополнительными тиристорами 59, подключенными через стабилитрон 50 параллельно управляющему электроду зарядного тиристора 49 в узлах 22и 17 формирования импульсов управлениятиристоров 23-26 преобразователя и статического возбудителя 18-19.Управляюшие электроды этих дополнительных тиристоров 59 подключены к выходам блока 46 преобразования сигналов, иуправляющие электроды разрядных тиристоров 55 в узлах 22 и 17 формирования импульсов управления тиристоров 23 - 26 преобразования тиристоров 18-19 статического возбудителя через дополнительные разделительные диоды 60 подключены к другим выходам блока 46 преобразования сигналов.Устройство также снабжено конденсатором 61, подключенным через дополнительный диод 62 к выходу узла 22 формированияимпульсов управления тиристоров 23-26преобразователя и через другие дополнительные тиристоры 63, управляюшие электродыкоторых подключены к выходу блока 46преобразования сигналов, к первичным обмоткам импульсных трансформаторов 54двух противофазных тиристоров, например,25 и 26 преобразователя, На фиг. 2 узел22 условно показан неполностью в частиформирования импульсов управления и в части заряда конденсаторов для противофазныхимпульсов управления. Узел 17 аналогиченузлу 22, В отличие от узла 22 он подключен к узлу 1 не одними выводами Ф, какэто условно показано на фиг, 1, а двумяпарами выводов, как показано на фиг. 2для узла 22. Одна пара выводов для узла17 не нужна из-за отсутствия необходимости формировать из плеч статического воз -будителя нулевой вентиль.Управляюшие электроды тиристоров 7 и8 противовозбуждения подключены черезблок 64 формирования импульсов управленияэтими тиристорами и элементами задержки:конденсатором 65 и стабилитроном 66 - квыходу блока 46 преобразования сигналов.Устройство работает следуюшим образом,При работе электроустановки в режимепотребления энергии устройство работаетв ждущем режиме. Это означает, что тиристоры 20, 7, 8, 59, 63 закрыты, конденсагоры 39 и 61 заряжены, а конденсатор 65: помошью шунтирующего его и условно непоказанного на фиг, 2 резистора полностьюразряжен,При работе электроустановки в режимепотребления энергии и возникновения режима "кругового огня" и пробоя плечи преоб 21629 разователя устройство работает в следующемпорядке. Прежде всего срабатывают датчики 4 и 21. Они приводят в действие блок46 преобразования сигналов, который формирует импульсы управления для тиристоровзащиты, длительность которых измеряетсяот момента их выдачи до момента отключения главного выключателя 45. Подачаимпульсов управления на управляющие электроды тиристоров 59 и 55 обеспечивает ихотпирание и удержание в открытом состоянии до момента отключения главного выключателя 45. Отпирание тиристора 59 обес -печивает закорачивание выхода блока 48и, следовательно, закрытие зарядного тиристора 49 и исключение последуюшего заряда конденсатора 52. Отпирание разрядноготиристора 55 обеспечивает разряд конденсатора 52 на токоограничивающий резистор56, и следовательно, прекращение формирования импульсов управления тиристоров23-26 преобразователя, Таким образом,отпирание и удержание в открытом состоянии тиристоров 59 и 55 обеспечивает длительное и эффективное снятие импульсовуправления с тиристоров 23-26 преобразователя. Аналогичным образом снимаются импульсы управления с тиристоров 18-19статического возбудителя. Снятие импульсов управления с тиристоров преобразователя и возбудителя происходит практическиодновременно. Одновременно со снятиемимпульсов управления с тиристоров возбудителя и преобразователя сформированныйблоком 46 импульс управления подаетсячерез выводы на управляюший электрод тиристора 20, что обеспечивает его отпирание и, следовательно, разряд в основномчерез разделительные диоды 42 и 43 конденсатора 39 емкостного прерывателя на тиристоры 18-19 возбудителя, прерываниетока в них и коммутацию тока обмоток 16возбуждения с возбудителя в цепь, содержащую резистор 36 и диод 38. Этим завершается подготовка к переводу электрических машин из рабочего режима в режимпротивовозбуждения, Сформированный блоком 46 импульс управления подается черезэлементы задержки, т, е, конденсатор 65и стабилитрон 66, Длительность временизадержки измеряется от момента выдачиимпульсов управления блоком 46 до момента завершения процесса прерывания токав тиристорах 18-19 возбудителя. Она принимается, например, равной 1 м/сек, что3-5 раз больше максимально необходимо,величины времени задержки. Задержка необходима для исключения включения обмоток5 и 6 якорей на цепь, содержашую вторичную обмотку 44 и тиристоры 18-19 возбудителя и шунтируюшую цепь обмоток 16521629 8из-за пробоя плеча преобразователя, Это обеспечивается тем, что датчик 21 снабжен удерживающим элементом и лишен дистанционного восстановления. Это полезно в том отношении, что исключается повторное возникновение режима пробоя плеча преобразователя, Восстановление датчика 21 производится после устранения причины, вызвавшей его срабатывание.При работе электроустановки в режиме генератора и возникновения опрокидывания инвертора и кругового огня устройство работает аналогично вышеизложенному порядку. Отличие состоит в том, что обмотки 5- 6 якорей включаются на обмотки 16 возбуждения через нормально открытые контакты 12-15 тормозного переключателя, быстродействующие контакторы 33-34 отключаются при срабатывании датчиков 3 и 4 из тиристоров 25-26 преобразователя формируется нулевой вентиль, который включает обмотки 5-6 якорей на цепи, содержащие соответственно быстродейс . вуюшие контакторы 33-34, сглаживаюш е реакторы 31-32 и стабилизирующие р зисторы 29-30.При работе электроустановки в режиме генератора контакты 9-11 тормозного переключателя ра омкнуты, а контакты 12- 15 замкнуты. Эффективность устройства для зашиты от аварийных токов управляемого преобразователя применительно к рекуперативным электровозам переменного тока типа ВЛ 80 Р выражается в том, что обеспечивает, вопервых, эффективную защиту возбудителя и преобразователя от сверхтока режима пробоя плеча в случае невозможности применения плавких предохранителей, во-вторых, максимальное приближение электрических машин независимого возбуждения к машинам сернесного возбуждения в части количественных и качественных характеристик вышеуказанных сверхтоковых режимов и переходных процессов; в - третьих, исключает 6 из 8 быстродействующих контакторов. 1. Устройство для защиты от аварийных токов управляемого преобразователя, соединенного с электрическими машинами т,остоянного тока, обмотки возбуждения к;торых подключены к статическому возбудителю, содержащее зарядные и разрядные .иристоры, а также импульсные трансформаторы в узлах формирования импульсов управления тиристорами преобразователя и воз.возбуждения, т, е, для исключения значительной перегрузки по току обмоток 5 и 6 якорей и снижения эффективности противовозбуждения. Блок 64 формирует короткие импульсы управления. Они через выводы Д-Юузла 1 подаются на управляющие электродыбтиристоров 7-8 противовозбуждения. Отпирание тиристоров 7-8 обеспечивает включение обмоток 16 возбуждения через нормально замкнутые контакты 9-11 тормозного переключателя на выводы обмоток 51 О6 якорей и, следовательно, начало режимапротивовозбуждения электрических машинэлектроустановки. Если на коллекторе, например, обмотки 5, якоря возник круговойогонь, то обмотка 6 якоря будет включена Ине только на вышеуказанную цепь обмоток16 возбуждения, но и на параллельную цепь,содержащую нормально замкнутые контакты27-28 тормозного переключателя, сглаживающие реакторы 31-32, сливные контакты 20быстродействующих контакторов 33-34,дугу, перекрывающую коллектор обмотки 5якоря. С целью исключения токовой перегрузки обмотки 6 якоря и обеспечения э 6 фек -тивного противовозбуждения датчик 4 обеспечивает отключение быстродействующихконтакторов 33-34, что на фиг. 1 и 2 условно не показано. Сформированный блоком46 импульс управления подается на управляющий электрод тиристора 63 для формирования нулевого вентиля, Отпирание тиристора63 обеспечивает разряд конденсатора 61на первичную обмотку импульсного трансформатора 54 тиристоров одного плеча преобразователя. Сформированные двумя проти- щвофазными выходами импульсы управленияподаются на угравляюшие электроды тиристоров соответствующих плеч преобразователя, например тиристоры 25-26. Их отпирание обеспечивает формирование нулевого Е)вентиля, что однако возможно, если Э. Д. С,обмоток 5-6 якорей согласуется с полярностью тиристоров 25-26. Следовательнопри работе электроустановки в режиме потребления энергии формирование нулевоговентиля невозможно, Его формирование необходимо и возможно лишь при работе электроустановки в режиме генератора и возникновении режима опрокидывания преобразователя, Срабатывание зашиты завершает- ЗО Ф о р м у л а и з о б р е т е н и яся отключением главного выключателя 45,что на фиг. 1 и 2 условно не показано.Отключение выключателя 45 необходимокак с целью обеспечения резервирования,так и с целью обеспечения возможности вос- Истаноьлеыя устройства защиты, когда онаполучает питание от обмоток собственныхнужд силового трансформатора. Восстановление устройства длязашиты дистанционноневозм.оне чнщь в случае ее срабатывания 60будителя и блок преобразования сигналов датчика пробоя преобразователя, датчика опрокидывания преобразователя, датчика кругового огня, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности действия зашиты, оно снабжено дополнительными тиристорами, подключенными через стабилитрон параллельно управляющему электроду зарядного тиристора в обоих узлах, управляющие электроды дополнительных тиристоров подключены к выходам блока преобразования сигналов, и управляющие электроды разрядных тиристоров в узлах подключены к другим выходам блока преобразования сигналов через дополнительные разделительные диоды.2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения надежности защиты путем образования нулевого вентиля из двух противофазных тиристоров преобразователя, оно снабжено конденсатором, подключенным через дополнительный диод к выходу узла формирования импульсов управления тиристорами преобразователя и через другие дополнительные тиристоры, управляющие электроды которых подключены к выходу блока преобразования сигналов, к первичным обмоткам импульсных трансформаторов указанных двух противофазных тиристоров преобразователя.3, Устройство по пп, 1 и 2, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено тиристорами противовозбуждения, управляющие электроды которых подключены через 1 Ьблок формирования импульсов управления этими тиристорами и элементы задержки к выходу блока преобразования сигналов, а силовые электроды подключены к обмоткам якорей и возбуждения электрических машин.ЯО5216291 Составитель В. Кучумоведактор С. Байкова Техред Г. Родак Корректор М. Руснак стров СС ая иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 аказ 4303/518 Тираж 882 ЦНИИПИ Государственного коми по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Рауш