Устройство для защиты тиристорного инвертора при нарушении проводимости тиристоров

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУ БЛИН 30 А 1(50 4 Н 02 Н 7/22 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ СТВ КОМУ СВИДЕ НАВ о Ю ОСУДАРСТНЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ(71) Уральский злектромеханическиинститут инженеров железнодорожнотранспорта им. Я .М.Свердлова(56) Соколов С.Д Бей Ю.М., Гуралнйк Я.Д., Чаусов О.Г. Полупроводнковые преобразовательные агрегатытяговых подстанций. М.: Транспорт1979 с, 157-159.Авторское свидетельство СССРФ 1001299, кл. Н 02 Н 7/122, 1981(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ТИРИСТОРНОГО ИНВЕРТОРА ПРИ НАРУШЕНИИ ПРОВОДИМОСТИ ТИРИСТОРОВ(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использованодля защиты .и контроля тиристорных инверторов при совместной и раздельнойработе с выпрямителями, Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства защиты инвертора при нарушении проводимости тиристоров и повышение надежности его работы в режиме прерывистого тока иннертора при раздельной работе с выпрямителем и в режимепуска. При нарушении проводимости ти1267530 ристора 1 ток в этом тиристоре в нужныймомент непоявится и на выходе 39оудет отсутствовать очередной импульсНе появится также импульс, соответствующий началу появления тока в тиристоре 1, на выходе 46 канала контроля 21 блока запрета одновременногопротекания тока 27 а, следовательно,и на выходе 47 элемента ИЛИ 28 ине запустит соответствующий одновибратор 15, Тогда по истечении времени работы второго одновибратора 16 1Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты и контроля тиристорных инверторов при совместной и ра.здельной работе с выпрямителями. 5Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства защиты инвертора при нарушении проводимости тиристоров и повышение надежности его работы в режиме прерыО вистого тока инвертора при раздельной работе с выпрямителем и в режиме пуска.На фиг.1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства: на фиг.2 - временные диаграммы работы устройства в режиме пуска 1,вклю, чения) и непрерывного тока; на Фиг.З - то же, при нарушении проводимости тиристоров в режиме прерывистого тока инвертора.Устройство защиты при нарушении проводимости тиристоров 1-6 трехфазного мостового инвертора 7, подключенного к соответствующим фазамвторичной обмотки трансформатора 8, содержит импульсные датчики 9-14, которые включены в цепь соответствующих тиристоров 1-6 инвертора, Выходы первого 15 и второго 16 блоков З 0одновибраторов подключены к входамэлемента ИЛИ-НЕ 17, выход которогочерез элемент НЕ 18 и триггер 19 соединен с исполнительным блоком, 20,Входы каналов 21-26 контроля блока 27 запрета одновременного проте,кания тока подключены к выходам соответствующих импульсных датчиков 9 на выходе 51 элемента ИЛИ-НЕ 17 появится сигнал логической единицы и на выходе 52 элемента НЕ 18 сигнал,логической единицы сменится на сигнал логичес-кого нуля, которыйпереведет триггер 19в положение, соответствующее Фиксации аварийной ситуации в инверторе. При этом поступающий с выхода 53 триггера 19 сигнал дает команду исполнительному блоку 20 на отключение преобразователя.1 з.п. Ф-лы, 3 ил. 214. Выходы каналов 21, 23 и 25 блока 27 подключены к соответствующим входам первого элемента ИЛИ 28, а выходы каналов 22, 24 и 26 блока 27 к соответствующим входам второго элемента ИЛИ 29. Выходы первого 28 и второго 29 элементов ИЛИ соединены соответс,венно с первым 15 и вторым 16 блоками одновибраторов.Каждый канал (например 21 на фиг.) блока 27 запрета одновременно го протекания тока состоит из первого 30 и второго 31 пороговых элемен-, тов, выполненных на стабилитронах. Входы первого и второго пороговых элементов подключены соответственно к первому и второму выходам импульсного датчика 9, а их выходы через первый элемент НЕ 32 и последовательно соединенные второй 33 и третий 34 элементы НЕ подключены к соответствующим входам триггера 35. Прямой выход триггера 35 подключенок одному из входов элемента ИЛИ-НЕ 36, а инверсный выход триггера 35 - к одному из входов элемента ИЛИ-НЕканала 26, к другому входу элемента ИЛИ-НЕ 36 подключен инверсный выходтриггера канала 22, Входы первого30 и второго 31 пороговых элементовявляются соответственно первым и вторым входами канала 21, выходом которого является выход элемента ИЛИ-НЕ ,36. Каждый из импульсных датчиков9-14 выполнен в виде импульсного трансФорматора, две вторичные обмотки которого включены согласно, начало первой 37 вторичной обмотки яв30 ляется первым выходом импульсногодатчика 9, а конце второй 38 обмотки - его вторым выходом.Кроме того, на фиг.1-3 обозначены: выходы 39 и 40 соответственно первого 30 и второго 31 пороговых элементов, выходы 4 и 42 соответственно первого 32 и третьего 34элементов НЕ, инверсный 43 и прямой044 выходы триггера 35 канала 21 контроля, инверсный выход 45 триггераканала 22 контроля, выход 46 канала21 контроля блока запрета одновременного протекания тока: выходы 47 и 485соответственно первого 28 и второго 29 элементов ИЛИ; выходы 49 и 50соответственно первого 15 и второго16 блоков одновибраторов; выход 51элемента ИЛИ-НЕ, выход 52 элементаНЕ, выход 53 триггера 191 1,д20токи общего катода и общего анодаинвертора, 1, - 1 - токи тиристоров 1-6 инвертора.Принцип работы. устройства поясняется временными диаграммами нафиг.2, где показана работа устройства в момент 1 пуска (включения) ин-,вертора и при нарушении проводимости тиристора 1 в момент й, в режименепрерывного тока инвертора, Нафиг.3 показана работа устройства принарушении проводимости в моменттого же тиристора в режиме прерывистого тока инвертора.На функциональной схеме фиг,1 35представлена часть устройства, пояс-,няющая работу одного канала 21 контроля блока 27 запрета одновременного протекания тока, который контролирует нарушение проводимости тиристора 1 инвертора. Остальные каналы22-26 контроля блока 27 запрета,контролирующие соответственно нарушение проводимости тиристоров 2-6инвертора 7, выполнены и работаютаналогичным образом.При нормальной работе инвертора врежиме непрерывного тока с выходов иимпульсных датчиков 9-14 в соответствующие каналы 21-26 контроля блока 5027 запрета одновременного протекания тока поступают импульсы, возникающие в момент появления и исчезновения тока в тиристорах 1 - 6.Рассмотрим работу элементов каналов контроля блока 27 запрета на при-.мере канала 21, С первой обмотки 37импульсного трансформатора 9, установленного в цепи контролируемоготиристора 1, поступают импульсы,соответствующие моментам появления(отрицательной полярности) и исчезновения (положительной полярности)тока до нуля, а со второй обмотки38 в указанные моменты времени поступают импульсы положительной полярности. Кроме того, на выходе импульсных трансформаторов могут присутствовать незначительные по амплитуде импульсы помехи. С помощьюпороговых элементов (стабилитронов)30 и 31 срезаются импульсы помех иимпульсы положительной полярности.Элементы НЕ 32 - 34 служат для преобразования оставшихся после стаби 1литронов 30 и 3 на выходах 39 и 40отрицательных импульсов с целью согласования их с триггером 35. Приэтом на выходе 41 элемента НЕ 32появляются паузы, соответствующиемоментам появления тока, а на выходе42 элемента НЕ 34 - импульсные сигналы, совпадающие с моментами исчезновения тока 11 в тиристореинвертора. Под действием указанных сигналов триггер 35 формирует на прямомвыходе 44 паузу (сигнал логическогонуля), а на инверсном выходе 43импульс (сигнал логической единицы),равные по длительности времени протекания непрерывного тока в контролируемом тиристоре 1,Аналогично формируются сигналына прямых и инверсных выходах триггеров других каналов контроля. Длительность их равна продолжительности протекания непрерывных токов всоответствующих контролируемых тирис-,торах, которая определяется выражением120 эл. градгде 7 - длительность коммутации тока соответствующего тиристора.Сигнал с прямого выхода 44 триггера 35 поступает на один из входов элемента ИЛИ-НЕ 36 данного канала 21 контроля. На другой вход элемента 36 подается единичный импульс с инверсного выхода 45 триггера канала 22 контроля, контролирующего длительность протекания тока тиристора 2, который вступает в работу первым после окончания коммутации тока в тиристоре 1 в порядке чередования фаэ.гВ тот период времеци, когда токи 1 и д тиристоров це совпадают во времени (следовательно, не совпалают и сигналы ца входах элемента ИЛИ-НЕ 36, на выходе 46 элемента 36 формируется рабочий импульс, совпадающий с моментом появления тока в контролируемом данным каналом тиристоре .Аналогичные рабочие импульсы появляются на выходах других каналов контроля блока 27 запрета. Длительность рабочих импульсов определяется выражением=60 эл.гРад.+ лсс 1 + Ь; 5 гДе + Мщес 1 - паРаметР Учитывающий цесимметрию импульсов управления;+А 1 - параметр, учитывающий 20изменение угла опережения открытия тиристоровв динамическихрежимах работы инвертора.25Таким образом, блоком 27 запрета одновременного протекания тока осуществляется контроль длительности протекания токов в соответствующих тиристорных фазах инвертора и нало- З 0 жение запрета на период их совместного протекания.Сигналы с выходов каналов 21, 23 и 25 контроля блока 27 запрета одновременного протекания тока, которые -З 5 связаны с импульсными датчиками 9, 11 и 13 тиристоров 1, 3 и 5 катодной группы инвертора, поступают на соответствующие входы первого элемента ИЛИ 28. Сигналы с выходов ка налов 22, 24 и 26, которые связаны с импульсными датчиками 10, 12 и 14 тиристоров 2, 4 и 6 анодной группы, поступают на соответствующие входы второго элемента ИЛИ 29. На выходе 45 47 элемента ИЛИ 28 появляются импульсы катодной группы; а на выходе 48 элемента ИЛИ 29 - импульсы анодной группы инвертора, Под действием этих сигналов запускаются одновибра торы 15, 16, на выходе которых появляются импульсы (сигналы логической единицы), Длительность импульсов с выхода 45 первого одновибратора 15, запускаемого импульсами катодной 55 группы, определяется выражениемс кат=60 эл.град.+ лГнсс кат+кат Длительность импульсов с выхода 50 второго одцонибратора 6, запускаемого имцульсамц ацодной группы, ранца=60 эл, град. + лсс,+ду,где лс:сс.ка, и Лнес кн величина максимально возможной несимметрии импульсов управленияицвертора соответственно длякатодной ианодной группы тиристоров; - величина максидкат, и л 1 нмально возможной скорости изменения угла опережения открытия тиристоровв динамическигс режимах работы инвертора, соответственно для катодной ианодной группы тиристоров.ВЕЛИЧИНЫ Л "НЕС.КатНЕС дк И 41 Кат. ю а Д, устанавливаются такими, чтобы единичные импульсы с одновибраторов, поступающие на входы элемента ИЛИ-НЕ 17, перекрывались и в нормаль- ном режиме работы инвертора на вы-ходе 51 элемента ИЛИ-НЕ 17 постоянно находился сигнал логического нуля и не появлялся сигнал помехи. На выходе 52 элемента НЕ 18 присутствует сигнал логической единицы, который поступает на динамический вход триггера 19, установленного в положение, соответствующее нормальному режиму работы инвертора (на выходе 53 - сиг нал логического нуля).При нарушении проводимости тиристоров 1 токв этом тиристоре в нужный моментне появится, и на выходе 39 будет отсутствовать очередной импульс. Не появится также импульс, соответствующий началу появления тока в тиристоре, на выходе 46 канала 2 контроля блока 27 запрета, а следовательно, и на выходе 47 элемента ИЛИ 28 и не запустит соответствующий одновибратор 15. Тогда по истечению времени работы второго1267530 7одновибратора 1 б на выходе 51 элемента ИЛИ-НЕ 7 постоянно находится сигнал логического нуля и не появляется сигнал помехи. На выходе 52 элемента НЕ 18 присутствует сигнал логической единицы, который поступает на динамический вход триггера 19, установленного в положение, соответствующее нормальному режиму работы инвертора (на выходе 53 - 1 О сигнал логического нуля).При нарушении проводимости тиристоров 1 ток 1, в этом тирнсторе в нужный момент С, не появится, и на выходе 39 будет отсутствовать очеред ной импульс. Не появится также импульс, соответствующий началу появления тока в тиристоре, на выходе 46канала 21 контроля блока 27 запрета,а следовательно, и на выходе 47 элемента ИЛИ 28 и не запустит соответствующий одновибратор 15. Тогда по истечении времени работы второго одновибратора 16 на выходе 51 элемента25 ИЛИ-НЕ 17 появится сигнал логической единицы, а на выходе 52 элемента НЕ 18 сигнал логической единицы сменится на сигнал логического нуля, который переведет триггер 19 в положение, соответствующее фиксации аварийной ситуации в инверторе. При этом поступающий с выхода 53 триггера .19 сигнал дает команду исполнительному блоку 20 на отключение преобразователя. 35Время опережения работы защиты до срыва коммутации токов в динамических режимах работы инверторов составляет 1 - нес. кат.(лн) дФкат.(дн) при.40 двухфазном опрокидывании и -- + р3вес.кае(дн) 1 Ркат(лд 1 при однофазном опрокидывании.Преимуществом предлагаемого уст ройства является отсутствие мертвой1 45 эоны в режиме пуска (включения) инвертора. Из временных диаграмм (фиг.2) работы устройства следует, что в период включения одновибраторы начинают запускаться с момента появления токов в инверторе. В данном случае (фиг.2), с момента с, появления тока в тиристоре 1, запускается первый одновибратор 15 катодной группы тиристоров (сигнал логической единицы на выходе 47) . Блокировка запуска второго одновибратора 16 анодной группы от неполного по длительности тока 1 в тиристоре 6 осуществляется автоматически блоком 27 запрета одновременного протекания токов. При этом с инверсного выхода 43 триггера 35 канала 21 контроля поступает сигнал логической единицы на элемент ИЛИ-НЕ 17 канала 26 контроля, который накладывает запрет на появление в этот период (период пуска) сигнала логической единицы на выходе канала 26 от тока д 6, что обеспечивает подготовку второго одновибратора 16 к дальнейшей работе.В режиме прерывистых токов устройство автоматически продолжает работать беэ смены уставок (беэ изменения ранее установленных в режиме непрерывного тока значений 1 , и). В этом режиме ток, протекающий через тиристоры отдельно работающего инвертора, состоиз иэ двух одинаковых импульсов тока длительностью п; (фиг,3), причем первый импульс совпадает с моментом открытия тиристоров при поступлении на данную фазу в нужный момент времени управляющих импульсов. Так как второй импульс тока каждого контролируемого тиристора инвертора совпадает во времени с первым импульсом того тиристора, который вступает в работу первым после данного (контролируемого) тиристора, то на выходах блока 27 запрета одновременного протекания тока,. сигналы от второго. импульса прерывистого тока каждого тиристора отсутствуют, На выходах каналов контроля блока 27 запрета формируются рабочие импульсы лишь от первых импульсов прерывистого тока соответствующих тиристоров. Длительность йр; рабочих импульсов определяется длительностью С импульсов прерывистого тока. На выходе 47 элемента ИЛИ 28 появляются рабочие импульсы катодной группы, а на выходе 48 элемента ИЛИ 29 импульсы анодной группы. Год действием данных сигналов запускаются соответствующие одновибраторы.Далее (в нормальном режиме работы при наступлении аварии в момент 2) устройство защиты работает в соответствии с вышеизложенным описанием его работы в режиме непрерывного тока. При этом в режиме прерывистого тока время опережения рабо 1267530ты устройства защиты такое же, как и в режиме непрерывного тока,Предлагаемое устроиство позволяет также осуществлять защиту инвертора от нарушения проводимости тиристоров при его совместной работе с выпрямителем, так как работа устройства не зависит от скорости нарастания и амплитуды токов в тиристорах инвертора, а следовательно, и скважности импульсов, поступающих с импульсных трансформаторов. При этом устройство работает аналогично в соответствии с вышеизложенным описанием его работы в режимах пуска, непрерывного и прерывистого токов инвертора.Таким образом, предлагаемое устройство имеет расширенные функциональные возможности и повышает на 10 15 20 дежность защиты инвестора в режимахпуска и прерывистых токов как прираздельной, так и при совместной работе выпрямительного и инертногопреобразователей,25 формулаиз обре т ения 1. Устройство для защиты тиристорного инвертора при нарушении прово димости тиристоров, содержащее импульсные датчики по числу тиристоров инвертора, два элемента ИЛИ, два блока одновибраторов, элемент ИЛИ-НЕ, элемент НЕ, триггер и исполнитель ный блок, причем каждый иэ импульсных датчиков предназначен для включения в цепь соответствующего тирис" тора инвертора, а выходы блоков од-. новибраторов подключены к входам элемента ИЛИ-НЕ, выход которого через элемент НЕ и триггер соединен с входом исполнительного блока, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения надежности работы устройства в режиме прерывистого тока инвертора при раздельной работе с выпрямителем и в режиме пуска, оно снабжено блоком запрета одновременного протекания тока еостоящуям из каналов контроля по числу ти. оисторов инвертора причем входы каждого канала контроля этого блока под" ключены к выходам соответствующих, 55 импульсных датчиков, выходы тех каналов контроля, которые соединены с импульсными датчиками тиристоров катодной группы инвертора, подключены к соответствующим входам первого элемента ИЛИ, а выходы каналов контюля, которые соединены с импульсными датчиками тиристоров анодной группы - к соответствующим входам второго элемента ИЛИ, выходы первого и второго элементов ИЛИ соединены соответственно с входами первого и второго блоков одновибраторов.2. Устройство по п, 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что каждый канал контроля блока запрета одновременного протекания тока состоит издвух пороговых элементов, трех элементов НЕ, триггера. и элемента ИЛИ-НЕ причем в каждом канале контроля вход первого порогового элемента используется в качестве первого входа, а вход второго порогового элемента в качестве второго входа канала контроля, первый и второй входы канала контроля подключены соответственно к первому и второму выходам импульс ного датчика, предназначенного для включения в цепи контролируемого данным каналом контроля тиристора инвертора, выход первого порогового элемента через первый элемент НЕ подключен к первому входу триггера, а выход второго порогового элемента через последовательно соединенные второй и третий элементы НЕ - к второму входу триггера, прямой выход которого подключен к одному из входов элемента ИЛИ-НЕ, а инверсный выход триггера - к одному из входов . элемента ИЛИ-НЕ другого канала контроля, подключенного к импульсному датчику того тирнстора инвертора, который заканчивает работу перед началом коммутации в данном контролируемом тиристоре в порядке чередования фаз, к другому входу элемента ИЛИ-НЕ данного канала контроля подключен инверсный выход тригге-ра другого канала контроля, подключенного к импульсному датчику того тиристора инвертора, который вступает в работу первым после окончания коммутации в данном контролируемом тиристоре в порядке чередования фаз, при этом в каждом канале контроля выход элемента ИЛИ-НЕ используется в качестве выхода данного канала контроля, при этом каждый иэ импульсных .датчиков выполнен в виде импульсного трансформатора, который11 1267530 12имеет две вторичные обмотки, включен- вого выхода импульсного датчика, аные согласно, причем начало первой конец второй обмотки - в качествеобмотки используется в качестве пер- второго выхода импульсного датчика. М ао 44 а 5 а 4 4.ва я ц4 иР. тавитель О,Мещерякоред И.Попович ректор А.Тяско Т едактор в аз 5789/5 одписно 1303 Производственно-полиграфическое. предприятие род, ул.Проектная 9 Усс раж 612венного комитета СССбретений и открытийЖ, Раушская наб. осударс елам из Москва,