Устройство для защиты мостового инвертора при исчезновении импульсов управления и нарушении проводимости тиристоров

)М Кд 3 1) 3350885/24 Н 02 Н 7/1 Н 02 М 1/1 Государственный комит СССР по делам изобретений и открытий3) ПриоритетОпублико Дата опуб но 28083, Бюллетень М 9 УДК 621 316925.4:621.314 572 (088 исания 28028 иковани А.одников,В.П.НеугодникбвЮ.КДуоновцевФ.Мокроносовс1 ф ео 64 ф 1,;.,) Авто 1 е й бретен ральский электромеханический институт железнодорожного транспорта(71) Заявитель 4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ МОСТОВОГО ИНВЕРТОРА ПРИ ИСЧЕЗНОВЕНИИ ИМПУЛЬСОВ УПРАВЛЕНИЯ И НАРУШЕНИИ ПРОВОДИМОСТИ ТИРИСТОРОВ 30 Изобретение относится к защите Ънверторов и может быть использовано для защиты выпрямительно-инверторных агрегатов тяговых подстанций на участках постоянного тока электрифицированных железных дорог с совместной работой преобразователей, а также реверсивных тиристорных преобразователей с совместным управлением вентиль- ными группами.Известно устройство для защиты инвертора при исчезновении импульсов управления, в котором осуществляется контроль наличия импульсов на выходе выходных каскадов системы импульсно- фазового управления 1 1 . Однако это устройство является не достаточно надежньм, так как не фиксирует импульсы управления с ненормальными (анормальными) параметрами ( например, уменьшение амплитуды импульсов, изменение крутизны фронта импульсов, формы и длительности и т.д.), появление которых приводит к тому, что тиристоры силовых фаз преобразователей могут не открываться в нужный момент времени, что приводит.к аварийному процессу в инверторе. К тому же наличие шести одииаковых независимых каналов усложня ет устройство.Известно также устройство защиты инвертора, осуществляющего контроль состояния тиристоров инвертора по моменту появления в них силового тока 1 2) . Надежность работы указанного устройства понижается из-за имеющейся в нем связи с импульсами системы импульсно-фазового управления, кроме того устройство обладает достаточной сложностьютак как имеет шесть независимых каналов.Наиболее близким к предлагаемому является устройство для защиты инвертора, содержащее импульсные датчики, установленные в выходных цепях инвертора, триггер и схему совпадения( 3.Недостатком этого устройства является необходимость блокировки сра" батывания защиты в период включения (пуска / инвертора для исключения ложной ее работы. Устройство также не обеспечивает защиту инвертора, необходимую в зоне прерывистых токов на грузки, до наступления момента надежного запирания тиристоров. Для ликвидации этой мертвой зоны"работы защиты в режиме прерывистых токовнеобходимо автоматически менять уставку на срабатывание, что невозможно при данном исполнении устройства.Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей устройства защиты мостового инвертора приисчезновении импульсов управления и,нарушении проводимости тиристоров,повышение надежности его работыи ликвидации "мертвых зон" врежимах пуска (включения инвертора) и прерывистых токов инвертора.Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство для защитымостового инвертора при исчезновенииимпульсов управления и нарушении про водимости тиристоров, содержащееимпульсные датчики по числу тиристоров инвертора, причем каждый из датчиков включен последовательно в цепьсоответствующего тиристора инверто Ора и триггер, введены блок запретаодновременного появления импульсов,два блока одновибратора, логическаясхема ИЛИ-НЕ, логическая схема НЕ,две диодные логические схемы ИЛИи исполнительный блок, причем к первому входу блока запрета подключенвыход диодной логической схемы ИЛИ,объединяющей выходы датчиков катодной группы, а к второму входу подключен выход второй диодной логической схемы ИЛИ, объединяющей выходы датчиков анодной группы, каждыйиз двух выходов блока запрета черезсоответствующий блок одновибраторов подключен к соответствующему входулогической схемы ИЛИ-НЕ, выход которой через логическую схему НЕ и триггер соединен с исполнительным блоком.Кроме того, блок запрета одновре менного появления импульсов состоит из двух логических схем НЕ и трех логических схем ИЛИ-НЕ, причем вход первой схемы НЕ является первым входом, а вход второй схемы НЕ - вторым входом блока запрета, выход первой схемы НЕ подключен к одному иэ входов первой логической схемы ИЛИ-НЕ, выход которой является первым выходом блока запрета, а выход второй схемы НЕ подключен к одному из входов второй логической схемы ИЛИ-НЕ, выход которой является вторым выходом блока запрета, одновременно выходы первой и второй схемы НЕ подключены соответственно к первому и второму входам третьей логической схемы ИЛИ-НЕ, выход которой подключен к двум другим входам первой и второй логических схем ИЛИ-НЕ.На фиг.1 приведена принципиальная 6 О схема предлагаемого устройства защиты мостового инвертора при исчезновении импульсов управления и нарушении проводимости тиристоров; на фиг,2 - временные диаграммы работы Я устройства защиты при исчезновении импульсов и нарушении проводимос. ти тиристоров в режиме пуска и непре. рывного тока, на фиг,З - временные диаграммы работы устройства защиты при исчезновении импульсов и нарушении проводимости тиристоров в режиме прерывистого тока инвертора.Устройство содержит инвертор 1 с тиристорами 2-7, выпрямитель 8 с тиристорами 9-14; преобразовательный трансформатор 15, импульсные датчики 16-21; диодные схемы ИЛИ 22 и 23, блок 24 запрета одновременного появ.пения импульсов, блоки 25 и 26 одновибраторов, логическую схему ИЛИНЕ 27, логическую схему НЕ 28, триггер 29, исполнительный блок 30, соответственно первую и вторую логические схемы НЕ 31 и 32 блока 24, соответственно первую, вторую и третью логические схемы ИЛИ-НЕ 33-35 блока 24. Кроме того, устройство содержитвыход 36 диодной схемы ИЛИ катоднойгруппы, выход 37 диодной схемы ИЛИанодной группы, выходы 38 и 39 соответственно первой и второй логических схем НЕ блока запрета, выход 40третьей логической схемы ИЛИ-НЕблока запрета, выходы 41 и 42соответственно первой и второй логических схем ИЛИ-НЕ блока запрета (первый и второй выходы блока 24 запрета),выходы 43 и 44 соответственно второго и первого одновибраторов, выход45 логической схемы ИЛИ-НЕ 27, выход46 схемы НЕ 28, выход 47 триггера 29.Ток общего катода инвертора отток общего анода инвертора )онПринцип работы устройства поясняется временными диаграммами, гдена фиг.2 показана работа устройствав момент о пуска (включения) инвертора и при исчезновении импульса управления, поступающего на тиристор2 инвертора, или нарушении проводимости тиристора 2 (закрытое состояниетиристора 2) в моментв режименепрерывного тока инвертора.На фиг.3 показана работа устройства при исчезновении импульсов управления или нарушения проводимоститого же тиристора (тиристор 2 инвертора) в моментЕ в режиме прерывистыхтоков инвертора (при длительности импульсов уравнительного тока меньшей60 зл, град,) , при котором происходит возникновение аварийного процесса (т.е. в режиме, когда не наступилмомент надежного эапирания тиристоровинвертора Дс С,При нормальной работе инверторав режиме непрерывного тока на выходах ЗЬ и 37 диодных схем ИЛИ 22 и 23появляются импульсы в моменты появления тока в соответствующих фазахкатодной и анодной групп инвертора,Импульсы с выхода 36 схемы катодной ду исполнительному блоку 30 на отклюгруппы поступают на первый вход чение агрегата.блока 24 запрета одновременного по- Преимуществом предлагаемого устявления импульсовна вход схемы 31), ройства защиты является отсутствиемпульсы с выхода схемы анодной необходимости блокировки его сраба 5группы 37 поступают на второй вход тывания в период включения пуска)блока запрета. Так как импульсы анод- инвертора для исключения ложной раной и катодной группы не совпадают боты. На фиг.2 показана работа уство времени, то они появляются на вы- ройства в период включения инвертоходах локб а запрета На первом вы- ра, который начался в моментОходе 42 появляются импульсы катодной Так как в момент включения токи вгруппы а на втором выходе 41 - им- . катодной группе тиристоров (тиристоРпульсы анодной группы. Расстояние ры Фазы 2) и анодной группе (тирисмежду импульсами в каждой группе торы Фазы 7) появляются одновременноравно ) соответственно 120 эл.град. и имеют одинаковую скорость нарас+нес,гдетоес- несимметрия импульсов 5 тания -ф:, то на входы64 т нуправления инвертора. На переднем блока 24 запрета одновременного появфронте импульсов запускаются блоки ления импульсов с выходов 36 и 3725,26 одновибраторов, на выходе ко- . диодных логических схем ИЛИ одновреторых появляются импульсы (сигналы менно поступают одинаковые по амплилогической единицы) длительностью, 20 туде и длительности импульсы, которавной ЬЬ = 60 эл. град. +д 6 нес, рые не появляются на соответствующихновибратора запускаемого им" выходах блока 24 и не могут запуститьпульсами катодной группы (выход 44) соответствующие блоки 25 и 26 однодля вибраторовчем и осуществляется аводнови ратора,б атора запускаемого импуль-25 томатическая блокировка запуска рабосами анодной группы (выход 43) ве- ты УстРойства защиты. Одновибраторыи ай+, и Ь зависит от ве- начинают запускаться с момента началичины максимально возможной несим- ла первой коммутации токов инвертометрии импульсов управления инверто- Ра 1навливается такой чтобыФ30Б режиме прерывистых токов устединичные импульсы с одновибраторов, Ройство также не требует блокировкипоступающие на входы схе на входы схемы ИЛИ-НЕ 27 для исключения его ложного срабатыперекрывались, и в нормальнов ормальном режиме вания, так как при переходе из режиработы инвертора аертора на выходе 45 схемы ма непрерывных токов к режиму пре 7 постоянно находилснаходился сигнал логи 35рывистых токов, оно автоматическического нуля и не иуля и не появлялся сигнал продолжает работать без смены устапомехи. На выходеН ыходе 46 схемы 28 при- вок ( без изменения, ранее установсутствует при "этом си "этом сигнал логичес- ленных значенийЬи Ь). С наступлекой единицы, которыкоторый поступает на вием режима прерывистых токов, который наступает в инверторе, работаютанавленного в положоложение соответ щем совместно с выпрямителем, при досствующее нормальн ммальному режиму работы тижении длительности импульсов тоинвертора (сигнал лр ( гнал логического нуля ка циркуляции меньшей 60 эл.град.на выходе 47). на выходах 36 и 37 диодных логических схем появляются импульсы разПри исчезновении или сбое импуль личной длительности.сов управления на тиристорах 2 фа- Это вызвано тем, что при совместзы иэ"за нарушения проводимости ток. ной работе ток, протекающий черезв тиристорах не появится в нужный фазы (тиристоры) инвертора, состоитмомент времени , следовательно из двух импульсов тока (фиг.3), отна выходе 36 диодной схемы ИЛИ 22 личающихся амплитудой и скоростьюбудет отсутствовать очередной им 50нарастания. Первый импульс, являюпульс. Этот импульс, соответствующий щийся током циркуляции, совпадает сначалу появления тока в фазе, не по- моментом открытия тиристоров при появится на выходе 42 блока 24 запре- ступлении на данную фазу в нужныйта и не запустит соответствующий момент времени управляющих импульсоводновибратор. Тогда по истечении вре- " и иМеет большую скорость нараста ия55нмени работы другого одновибратора тока и амплитуду. Второй импульс явна выходе 45 схемы ИЛИ-НЕ 27 по- ляется импульсом прерывистого токаявится сигнал логической единицы, а нагрузки инвертора и обладает меньна выходе 46 схемы 28 сигнал логичес- шей скоростью нарастания тока и ампкой единицы сменится на сигнал ло литудой. Под действием первого имгического нуля, который переведет триг- пульса тока циркуляции на выходахгер 29 в положение, соответствующее диодных схем ИЛИ 22-.23 появляется шиФиксации аварийной ситуации в инвер- рокий импульс, который является рабо-,торе. При этом поступающий с выхо- чим, а в момент появления второгода 47 триггера 29 сигнал дает коман импульса прерывистого тока нагрузкиинвертора на выходах диодных схемпоявляется узкий импульс, которыйявляется нерабочим импульсом. широкие и узкие импульсы с выходов 36 и37 поступают в блок 24 запрета, который запрещает прохождение узких импульсов, и на выходах его формируются лишь импульсы длительностью, равной разности длительности широкого .и узкого импульса.Интервал между этими импульсами 1 Осохраняется тот же, что и в режименепрерывного тока 120 эл. град, +-но они имеют незначительное запазксдывание в появлении на величинудлительности узкого импульса. Далее 15до наступления аварии, устройствоработает в соответствии с выше из -ложенным описанием его работы в режиме непрерывного тока.При наступлении аварийной ситуа Оции в режиме прерывистого тока, например с исчезновением им,ульса управления фазы 2 в момент , на выходах 36 и 37 одновременно появляются узкие импульсы в,связи с одинаковой скоростью нарастания токов.Эти импульсы не проходят через блок24 запрета одновременного появления импульсов и не могут запуститьсоответствующий одновибратор, При истечении времени работы другого одновибратора на выходе 45 схемыИЛИ-НЕ"27 появится сигнал логической единицы. Так как запуск одновибратора в режиме прерывистого тока производится с задержкой времени, рав-"ной ширине (длительности) узкогоимпульса в сравнении с режимом непрерывного тока, а длительность импульсов одновибраторов остается прежней, то сигнал логической еди О ницы в режиме прерывистого тока появляется с этой задержкой времени, которая имеет незначительную величину (меньше 1 эл. град.). Под действием сигнала со схемы 27 на выходе 46 схемы 28 сигнал логической единицы сменится на сигнал логического нуля, который переводит триггер 29 в положение, соответствующее фиксации аварийной ситуации в инверторе, под действием которого исполнительный блок 30 отключает агрегатТаким образом, предлагаемое устройство защиты не имеет "мертвой зоны" в режиме прерывистых токов выпрямительно-инверторного агрегата. Формула изобретения Г1. Устройство для защиты мостовогоинвертора при исчезновении импульсовуправления и нарушении проводимости тиристоров, содержащее импульсныедатчики по числу тиристоров инвертора, причем каждый из датчиков включен последовательно в цепь соответствующего тиристора инвертора, и триггер, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, повышения надежности его работы и ликвидации "мертвых зон" в режимах пускавключения инвертора ) и прерывистыхтоков инвертора, введены блок запрета одновременного появления импульсов, два блока одновибраторов, логическая схема ИЛИ-НЕ, логическая схема НЕ, две диодные логические схемыИЛИ и исполнительный блок, причем кпервому входу блока запрета подключенвыход диодной логической схемы ИЛИ,объединяющей выходы импульсных датчиков катодной группы, а к второмувходу подключен выход второй диоднойлогической схемы ИЛИ, объединяющейвыходы датчиков анодной группы, каждый из двух выходов блока запретачерез соответствующий блок одновибраторов подключен к соответствующемувходу логической схемы ИЛИ-НЕ, выходкоторой, через логическую схему НЕи триггер соединен с исполнительнымблоком,2. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что блок запретаодновременного появления импульсовсостоит из двух логических схем НЕи трех логических схем ИЛИ-НЕ, причемвход первой схемы НЕ является первым входом, а вход второй схемы НЕвторым входом блока запрета, выходпервой схемы НЕ подключен к одномуиз входов первой логической схемыИЛИ-НЕ, выход которой являетсяпервым выходом блока запрета, а выход второй схемы НЕ подключен к одному из входов второй логическойсхемы ИЛИ-НЕ, выход которой является вторым выходом блока запрета, одновременно выходы первой и второйсхемы НЕ подключены соответственнок первому и второму входам третьейлогической схемы ИЛИ-НЕ, выход которой подключен к другим входам первойи второй логических схем ИЛИ-НЕ,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Соколов С.Д., Бей Ю,М., Гураль.ник Я,Д., Чаусов О.Г. Полупроводниковые преобразовательные агрегатытяговых подстанций. М., "Транспорт",1979, с,157-159.2. Глух Е,М., Зеленов В.Е. Защитаполупроводниковых прЕобразователей.М., "Энергия", 1970, с.119-120,3. Авторское свидетельство СССРР 340020, кл. Н 02 Н 7/10, 1970.1001299 ц 2. 3 оставитель О ехред М.Тепе Редактор Ю.С Заказ 1431/б о н Филиал ППП "Патент", г. Ужго ктная,б Тираж 615 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений и о 035, Москва, Ж, Раушска щерякова Корректор И.Ватрушкина Подпомитета СССкрытий