Устройство для управления вентильным преобразователем переменного напряжения в постоянное с реактивным энергонакопителем на выходе

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПР ТИЛЬНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛ НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННО НЫМ ЭНЕРГОНАКОПИТЕЛЕМ (57) Изобретение откос ротехнике, в частности разовательной технике, использовано в устройс равления тиристорными АВЛЕНИЯ ВЕНМ ПЕРЕМЕННОГО С РЕАКТИВА ВЫХОДЕ тся к электк преобн может быть вах для уп- правляемыми ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ АВТОРСКОМУ/ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Колоколкин А.М. Система управления на интегральных микросхемах для высоковольтных преобразователей. - В кн.: Высоковольтные тиристорные преобразователи. - М,: изд-в ЭНИНа, 1981, е. 144-153, рис. 4Статический преобразователь частоты типа СПЧРС/700, ШкаФ управления (контроллер). Техническое описание и инструкция по эксплуатации ТВ 6.388.376.ТО. Таллин, ПО "ТЭЭ им. М.И.Калинина", 1981, рис. 1.1.125288 выпрямителями и инверторами, а также преобразователями частоты длясинхронного и асинхронного электроприводов. Целью изобретения является уменьшение установленной мощности вентильного оборудования и реактивного энергонакопителя и повышение надежности преобразователя.На первом этапе работы устройствадля управления при отключении преобразователя 3 по сигналу блока защиты 8 за счет элементов И-ИЛИ 26,27, 28, элемента И-НЕ 24 и элементов гальванической развязки 17, 21осуществляется включение Формирователей управляющих импульсов 14 тойфазы многофазного преобразователя3, один из вентилей которой находился в проводящем состоянии до поступления сигнала с выхода 8 блока защиты 8, что соответствует отИзобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано в устройствах для управления тиристориыми управляемыми выпрямителями и инверторами, а также преобразователями частоты для синхронного и асинхронного электропривода.Целью изобретения является уменьшение установленной мощности вентиль- ного оборудования и реактивного энергонакоцителя и.повышение надежности преобразователя, На Фиг. 1 представлена принципи" альная электрическая схема устройства для управления веитильным преобразователем; иа Фиг, 2 - диаграммы работы элементов при нормальном отключении преобразователя; на Фиг.З- то же, нри аварийном отключении,связанном, например, со сбоем в работе Формирователей (пунктиром иа фиг.2 и Фиг. 3 показаны диаграммы токов и напряжений для известного устройства),Устройство для управления вентильным преобразователем переменного напряжения в постоянное с реактивным ключению с минимальной загрузкойвентилей преобразователя 3 аварийными токами. На втором этапе, в случае сбоя в работе Формирователей управляющих импульсов 14, после перехода напряжения на шинах 2 постоянного тока преобразователя 3 черезнулевое значение и изменения полярности этого напряжения осуществляются блокирование работы Формирователей 14 и включение Формирователяимпульсов короткозамыкателя 5. Таким образом, двухэтапный контрольвключения вентилей одной Фазы преобразователя 3 позволяет значительноповысить надежность безаварийногоотключения преобразователя 3, приэтом ток наиболее загруженного вентиля и длительность его протеканияне превышают заданных значенийЗил. энергонакопителем на выходе содержитдатчик 1 напряжения на шинах 2 постоянного тока вентильного преобразователя 3 с реактивным энергонакопителем 4 на выходе, формирователь15 импульсов короткозамыкателя, выходом подключенный к управляющимвходам вентилей б и 7 одной Фазыпреобразователя, блок 8 защиты, блок9 Формирования угла управления преобразователем 3, выходом 10 подключенный к счетному входу 11 распределителя 12 импульсов, выходами 13 5соединенного с Формирователями управляющих имйульсов 4 вентилей преобразователя, узел 15 блокированиявыходных импульсов распределителя,вход 1 б которого предназначен для 20подключения через первый развяэывающий элемент 17 к выходу 18 блока 8защиты, В преобразователь введенывторой 19, третий 20, четвертый 21,пятый 22 и шестой 23 развязывающиеэлементы, первый 24 и второй 25 элементы И-НЕ, элементы И-ИЛИ 2 бпочислу вентилей в анодной (катодной)группе преобразователя (для трехФазной мостовой схемы нужно три Зоэлемента 1, триггер 29. Одни входы30 элементов 26-28 подключены к выходам 31 распределителя 12 импульсов, связанным с входами 32 формирователей управляющих импульсов вентилей 6 и 7 одной фазы и вентилей фаз 33 и 34 преобразователя 3, другие входы 35 элементов 26-28 объединены и подключены к выходам36 четвертого 21, пятого 22 и шестого 23 развязывающих элементов. Входчетвертого развязывающего элемента21 соединен с выходом 37 первогоэлемента И-НЕ, входом 38 установкитриггера в единичное состояние и одним входом 39 второго 25 элементаИ-НЕ, другой вход 40 которого соединен с выходом 41 датчика 1 напряжения и входом 42 записи нулевого состояиия триггера 29. Выход второго элемента 25 И-НЕ подключен к счетному входу триггера 43, одному входу 44 формирователя импульсов короткозамыкателя 5 и входу 45 пятого и входу 46 второго развязывающих элементов, Прямой выход 47 триггерасоединен с другим входом 48 формирователя импульсов короткозамыкателя 5 входом 49 шестого 23 и входом 50 третьего развязывающего элемента 20. Выходы первого, второго и третьего развязывающих элементов объединены и подключены к входу 16 узла 15 блокирования выходных импульсов распределителя, Вход 51 записи единичного состояния триггера соединен с общей шиной, вход первого элемента И-НЕ соединен с выходом 18 блока 8 защиты и введенным входом 52 блокирования выходных импульсов узла Формирователя угла управления 9 преобразователем, Выходы 53-55 элементов 26-28 подключены к дополнительным входам 56-58 соответству"ющих формирователей управляющих импульсов вентилей преобразователя одной фазы, 111 ины 59 переменного тока вентильиого преобразователя 3 через выключатель 60 подключаются к сети61, которая через фазозадающий трансформатор 62 осуществляет синхронизацию работы блока 9 Формирования угла управления преобразователем, который может состоять, например, из коммутатора 63, сумматора 64 и задающего генератора 65, Элементы гальванической развязки 17, 19, 20 и 21-23 могут быть выполнены либона трехвходовых логических элементах35 который обеспечивает установку триггера 29 в единичное состояние по вхо 40 45 50 55 5 1 О 15 20 25 30 И, либо на диодах, анодом подключенных к выходу элементов, а катодом к их входу.На фиг. 2 приняты следующие обозначения: 66 - напряжение на шинах постоянного тока 2; 67 - напряжение на выходе 41 датчика напряжения 68 - ток в звене постоянного тока;69 - ток наиболее загруженного вентиля короткозамыкателя преобразователя, 70 - сигнал на выходе 18 блока 8 защиты, 71 - сигнал на счетном входе 11 распределителя 12; 72 сигнал на входах 35 элементов 26-28;73 - сигнал на входах 30 элемента 26; 74 - сигнал на выходе 53 элемента 26; 75 - сигнал на выходе узла 15 блокирования выходных импульсов распределителя 12; 76 - сигнал на счетном входе 43 триггера, 77 - сигнал на прямом выходе 47 триггера;78 - ток вентилей 6 и 7 преобразователя,Устройство для управления вентильным преобразователем переменного напряжения в постоянное с реактивным энергонакопителем на выходе работае следующим образом.При нормальной работе вентильного преобразователя 3 сигнал на выходе 18 блока 8 защиты отсутствует(единичный потенциал, диаграмма 70),а на выходе 37 первого элемента 24 устанавливается нулевой потенциал,ду Я 38, блокирование второго элемента 25 по входу 39 и блокированиеработы элементов 26-28 по входам 35(диаграмма 72). В этом случае на входе 16 узла 15 блокирования выходных импульсов распределителя устанавливается единичный потенциал (диаграмма 75), так как на входы развязывающих элементов 17-20 также подаются единичные потенциалы, что соответствует деблокированию сдвоенных импульсов управления на выходах 13 распределителя импульсов 12. Кроме того, единичный потенциал на входе 52 блока Формирования угла управления разрешает прохождение выходных импульсов задающего генератора 65 на счетный вход 11 распределителя 12 (диаграмма 71).Указанное состояние устройства для управления сохраняется неогра 5 125ниченно долго независимо от сигналов,поступающих с выхода 41 датчика 1напряжения и сигналов на выходах 31распределителя 12,При этом на выходах 13 распределителя 12 формируются сдвоенные импульсы управления Формирователя 14(например, широкие импульсы длительностью 120 эл. град.), а на выходах31 распределителя 12 формируются одиночные, длительностью 60 эл, град,импульсы управления коммутатором63 блока 9 Формирования угла управления.По сигналу блока 8 защиты, например, при недопустимо низкой посадке питающего напряжения, короткого замыкания в нагрузке, перенапряжений в вентилях или на шинахпостоянного тока преобразователя 13,на его выходе 18 устанавливается нулевой потенциал (диаграмма 70),чтоприводит к блокированию тактовыхвыходных импульсов блока 9 Формирования угла управления (диаграмма 71),блокированию через развязывающийэлемент 17 сдвоенных импульсов управления Формирователями 14 и подготовке к работе через первый элемент24 элементов И-ИЛИ, 26-28 и триггера 29 (диаграмма 72).Поскольку в результате блокирования выходных импульсов блока 9формирования угла управления распределитель 12 сохраняет состояние,предшествующее срабатыванию блоказащиты 8, то на одном из его выходов 31 имеется нулевой потенциал,а на всех остальных выходах - единичный потенциал, Для определенности будем считать, что нулевой потенциал имеется на одном из входов ЗОэлемента 26 (диаграмма 73). Так какпри срабатывании блока защиты блокировка по входам 35 с элементов 2628 снимается (диаграмма 72), то навыходе 53 элемента 26 (диаграмма 74)появится нулевой потенциал, которыйобеспечивает включение Формирователей 14 управляющих импульсов вентилей ЗЗ одной фазы преобразователя 3. При этом управляющие импульсыпопадутся на вентили той фазы (вданном случае вентили 33), один извентилей которой находился в прово"дящем состоянии перед срабатываниемблока защиты.Таким образом, при отКлючЕНиивентильного преобразователя, когда2881 а 5 10 5 20 25 30 35 40 45 50 55 необходимо уменьшить аварийный ток или предотвратить дальнейшее разьитие аварии за счет включения короткозамыкателя - т,е. вентилей одной Фазы преобразователя - сначала включаются штатные Формирователи 14 управляющих импульсов в той фазе, вентиль которой до срабатывания блока защиты 8 находился в проводящем состоянии не более одного такта работы задающего генератора 65, что обеспечивает минимальное значение аварийного тока наиболее загруженного вентиля (диаграмма 79). Если к непроводившему вентилю Фазы, формирователи управляющих импульсов которой включены, приложено отрицательное напряжение, то включения этого вентиля не произойдет, а напряжение на выходе вентильного преобразователя начнет уменьшаться по оги. бающей линейного напряжения до перехода через нулевое значение (диаграмма 66, сплошная линия). После перехода выходного напряжения преобразователя 3 через нулевое значение, когда к непроводившему вентилю плеча прикладывается положительное напряжение, дальнейшая работа устройства для управления веитильным преобразователем может происходить двумя пу" тями.В первом случае, когда Формирователь управляющих импульсов ненроводившего вентиля вырабатывает нормапьный импульс управления, обеспечивающий включение вентиля, напряжение на шинах 2 постоянного тока вентиль- ного преобразователя после достижения нулевого уровня остается неизменным, ток реактивного электронакопите-. ля замыкается на включенное плечо вентилей преобразователя и уменьшается с постоянной времени,определяемой индуктивностью энергонакопителя и активным сопротивлением цепи, по которой протекает ток реактивного знергонакопителя 4 (диаграмма 68)При этом сигнал на выходе 41 датчика 1 напряжения (днаграмма 67) не изменяет своей полярности, что соответствует нулевому потенциалу на входе 40 второго элемента 25 и входе 42 установки триггера 29 в нулевое состояние. Поэтому второй элемент 25 и, следовательно, триггер 29 не изменяют своего состояния, формирователь импульсов короткозамыкателя7 125285 не включается и процесс отключенияпреобразователя происходит наиболееблагоприятным образом; минимальнаявеличина тока наиболее загруженноговентиля, минимальная или близкая кней, длительность протекания аварийного тока (диаграмма 69),В том случае, если формирователь14 импульсов управления не обеспечилвключение непроводившего вентиля фа" 10зы преобразователя (например, вследствие сбоя в его работе, посадке напряжения питания, выхода из строявентиля),то после прохождения напряжения на шинах 2 постоянного тока 15преобразователя 3 через нулевое значение полярность выходного напряжения преобразователя изменится и квентилям 6 и 7 преобразователя будет приложено напряжение в проводящем направлении,При изменении полярности напряжения на шинах 2 постоянного тока навыходе 41 датчика 1 напряжения появляется единичный потенциал, что приводит, соответственно, к появлениюединичного потенциала на входе 42 -вход установки триггера в нулевоесостояние - к входу 40 второго элемента 25. 30В результате этого на выходе элемента 25 появляется синхроимпульс,который воздействует на счетныйвход 43 триггера (диаграмма 77). Появление нулевого потенциала на выхо"де 47 триггера 29 приводит к блокированию через элемент 23 гальванической развязки работы элементов26-28 и, следовательно, блокированию работы формирователей 14 управляющих импульсов: дополнительно через,элемент 19 гальванической развязки блокируются и сдвоенные импульсы управления формирователями,которые формируются на выходах13 распределителя./При этом по входу 48 формирователя импульсов короткозамыкателя 5осуществляется его включение и онподает управляющие импульсы на вентили 6 и 7 преобразователя. Так какэтот формирователь был в резерве,надежность его работы достаточновелика. Включение вентилей 6 и 7преобразователя приводит к замыканию тока реактивного энергонакопителя 4 на включившиеся вентили иего дальнейшему затуханию, с той же 81 8постоянной времени, что и в случае включения в качестве короткозамыкателя вентилей 33 (диаграмма 78).По входам 45 и 46 элементов гальванической развязки 22 и 19 осуществляется дополнительная блокировка работы формирователей 14 управляющих импульсов на случай сбоя в работе триггера 29, а по входу 44 подается дополнительный сигнал на включение формирователя импульсов короткозамыкателя 5.После отключения преобразователя, например, по сигналу нуля тока, в силовой цепи устанавливается единичный сигнал на выходе 18 блока защиты и работа элементов возвращается в исходное состояние.Таким образом, предлагаемое устройство для управления вентильным преобразователем за счет введения дополнительных элементов и триггера обеспечивает двухзтапную работу устройства для управления при отключении преобразователя по сигналу блока защиты.На первом этапе за счет элементов И-ИЛИ 26-28 элемента 24 И-НЕ и элементов 21 и 27 гальванической развязки осуществляется включение формирователей 14 управляющих импульсов той фазы многофазного преобразователя, один из вентилей которой находился в проводящем состоянии 1 но не более 60 эл.;град.1 до поступления сигнала с выхода блока защиты, что соответствует отключению с минимальной загрузкой вентилей преобразователя 3 аварийными токами (сплошные линии на диаграммах фиг. 2, пунктирные линии соответствуют токам при включении в качестве короткозамыкателя вентилей одной и той же фазы преобразователя).Яа втором этапе, в случае сбоя в работе формирователей 14 управляющих импульсов, после перехода напряжения на шинах постоянного тока преобразователя через нулевое значение и изменение полярности этого напряжения, осуществляется блокирование работы формирователей 14 и включение формирователя импульсов короткозамыкателя 5.Такой режим работы практически гарантирует отключение преобразователя с минимально возможными токами наиболее загруженного вентиля (ди 1252881аграмма 69), что позволяет выбирать установленную мощность вентильного оборудования преобразователя на значительно более низком уровне (примерно вдвое ниже), чем для преоб-разователя с заранее определенными вентилями фазы, используемыми в качестве короткозамыкателя.Двухэтапный контроль включения вентилей одной фазы преобразователя позволяет значительно повысить надежность безаварийного отключения преобразователя (ток наиболее загруженного вентиля и длительность его протекания не превышает заданных зна. 1 чений),формула изобретенияУстройство для управления вентильным преобразователем переменного напряжения в постоянное с реактивным энергонакопителем на выходе, содержащее датчик напряжения на шинах постоянного токапреобразователя, формирователь импульсов короткозамыкателя, выходом подключенный к управляющим входам вентилей одной фазы преобразователя, блок формирования угла управления преоб разователем, выходом подключенный к счетному входу распределителя импульсов, выходами соединенного с формирователями управляющих импульсов вентилей преобразователя, узел З 5 блокирования выходных импульсов распределителя, вход которого предназначен для подключения через первый развязывающий элемент к входу блока за" щиты, отличающееся тем, 4 О что, с целью уменьшения установленйой мощности вентипьного оборудования и реактивного энергонакопи. теля и повышения надежности преобразователя, в устройство введены 4 второй, третий, четвертый, пятый и шестой развязывающие элементы, первый и второй элементы И-НК, элементы И-ИЛИ по числу вентилей в анодной (катодной) группе преобразователя, триггер, блок формирования угла управления преобразователем снабжен входом блокирования выходныхимпульсов, а формирователи управляющих импульсов вентилей преобразователя одной фазы снабжены дополнительным входом, причем одни входыэлементов И-ИЛИ подключены к соответствующим выходам распределителя импульсов, связанным с входами формирователей управляющих импульсов вентилей преобразователя одной фазы,другие входы элементов И-ИЛИ объединены и подключены к выходам четвертого, пятого и шестого развязывающих элементов, вход четвертого развязывающего элемента соединен с выходом первого элемента И-НЕ, входомустановки триггера в единичное состояние и одним входом второго элемента И-НЕ, другой вход которого соединен с выходом датчика напряженияи входом записи нулевого состояния,триггера, выход второго элемента ИНЕ подключен к счетному входу триггера, одному входу формирователя импульсов короткозамыкателя и входампятого и второго развязывающих элементов, прямой выход триггера соединен с другим входом формирователяимпульсов короткозамыкателя и входами шестого и третьего развязывающихэлементов, выходы второго и третьегоразвязывающих элементов объединеныи подключены к входу узла блокирования выходных импульсов распределителя, вход записи единичного состояния триггера соединен с общей шиной, входы первого элемента И-НЕпредназначены для соединения с выходом блока защиты и соединены с входом блокирования выходных импульсовблока формирования угла управленияпреобразователем а выходы элементовИ-НЕ подключены к входам соответствующих формирователей управляющихимпульсов вентилей преобразователяодной фазы,1252881 ь НЗ.Бояриердюкова Состави Техред Л орректор Л.Патай ктор П,Косс аз 4628/54 Производственно-полиграфическое предприяти ВНИИПИ по д 35, Мо