Устройство для защиты от перенапряжений -фазного инвертора

(5)5 Н 02 Н 7/1 ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР ОМИТЕТОТКРЫТИ с ,: д ЕТЕНИ же ад оире- стей ктротехнив электрол ьзующих д перементвованием го в авт.св,тносится к эл спользовано тавах, испо электроприво ся усовершен ства, описанн тения являет ых возможно я расширетей устройН а фиг.п ри ведя схема предлагаемого у ты; на фиг,2 - принци темы управления упрар фиг.3 - принципиальна лирования; на фиг,4 - д дополнительных тирист го состояния дополнит ра и втооого накоиител на принципиальная стройства для защипиальная схема сисляемым ключом; на я схема блока регу(аграмма состояний оров и качественноельного кочденсатоьного конденсатора,ОПИСАНИЕ ИЗО ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 1(71) Ленин градский институт инженеров лезнодорожного транспорта им. ак В.Н.Образцова(56) Авторское свидетельство СССР М 1488915, кл, Н 02 Н 7/122, 1987.(54) УСТРОЙСТВО цЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ Ч-ФАЗНОГО ИНВЕРТОРА (57) Изобретение относится к области электротехники, Цель изобретения - раи ние функциональных возможно Изобретение оке, можят бы(ь иподвижных сосбесколлекторныйного тока, и являе 1извесного устройй. 1488915.Целью изобрение функционалиства,инвертора, Для этого в устройство для защиты от перенапряжений п-фазного инвертора дополнительно введены тиристоры 73 и 74, конденсатор 75, трансформатор 76 и выпрямитель 77, выходы 91, 92 постоянного напряжения которого подключены к второму накопительному конденсатору 30. Кроме того, в устройство введены датчик 78 состояния управляемого ключа 23, датчик 79 напряжения входного напряжения инвертора и блок 81 регулирования, выходами 82, 83 подключенный к упоаеляющим электродам тиристаров 73. 74. Это позволяет в пусковых режимах держа,ь в закоыгом состоянии тиристор 23, сохраняя коммутирующую способность инвертора в зоне малых напояжений на входе инвертора. 5 ил,где Ч(пр - пороговое значение входного напряжения инвертора в усковых режимах злектропривода. 075 - напряжение на конденсаторе 75 в процессе открытия резисторов 73 и 74, Ь Чзо - напряжение дозаряда 4 конденсатора 30, т.е. Л Чзо = Чзо - Чдпуск,еай - частота переключения тиристоров 73 и 74;на фиг,5 - принципиальная схема датчика О состояния упоавляемого ключа.Устройство для защиты от перенапряжений гл-фазного, например, трехфазного, инвертора (фиг.1) включает главные 1 - 6 и коммутирующие 7 - 12 тиристоры и коммутирующиеС-цепи (конденсаторы 13 - 15 и дроссели 16 - 18) ио числу рех фаз, выпрямитель 19, выходом (выводы 20 и 21) подключенный к накопительному конденсатору 22, управляемый клоч 23, снабженный системой 24 управления и подключенный од 1697 7910 Г) 5 ним выводом 25 к одному выводу 20 накопл тельного конденсатора 22, а друим вь)водом 26,через г е рвы й дроссел ь 27 предназначен для подклОчения к полоки тельной шине 28 инвертора, Кроме того, оно снабж но диодом 29, дополнительчцм кон" денсатором 30 и дросселем 31, БцпрНлитель 19 выполнен в виде диоднцх мостов 32 - 34 по числу трех фаз инвертора, Выводы 35 - 40 Гостоянного напр 51 кения диодных мосов 32 - 34 ВьПрям)лтеля 19 обьери)-,е)ы в две группы 35, 37, 39 и 3, ЗЕ),40) и служат выходньпли выводам л 20 и 21 выпрямителя19. При зтом входы 41 - 46 диодных мостов 32 - 34 подклочены к конденсаторам 13 - 15 соответствующих оммутиру)ощ)лхС- цепочек, имеющих зажимы 41 - 49, Другой вывод 21 накопительного конденсатора 22 пред- НВЗНа 1 ЕН ДЛЯ П; ДКЛГОЛЕГИЯ К ОтРИЦВ) ЕЛЬ НО му входному выводу 50 инвеотора. Один вывод дополнительного конденсатора 30.подключен к другому БывОду 26 управляемо-о клк)ча 23, а другой его вцвор, 51 через дополнительный дроссаль 31 подкло ен к другому выводу 21 наког)ительного конде: - сатора 22 и одному входу 52 С 1 лстемь 24управле 1-1 ля, Другой вход,3 сйстемы 24 подключен к одно лу выводу 20 накопительного конденсатора 22, К одному 25 и другому 26 выводам упрааля мого кл)5 уча 23 подо )оченц катод и а )ор диода 29. В качестве управляемого клн ча 23 примечен тиристор.Система 24 управгения (фиг 2) тиристорнцм кл)очом 23 содеожит первь)й резистор 54, Од;-1 им Выводом 55 пОДключенный к Од ному выводу 5 С переменного рез 1 лстора 57, катоду первого стзбилитоона 58 л Одному выводу первогс конденсатора 59 (через шину 20 выпрямТегя 19), Другой вывод 60 конденсатора 59 подключен к аноду светодиода 61 оптрона 62 и одному вцводу в орого конденсатора 1;3, Другой 5)ывс:. 64 последнего подклюен к аноду второго ст: - билитрона 65, катод когорого (зажим 66) подключен к катоду светодиода 6 Оп"рона 62. Второй резистор 67, одним выводом подключенный к аноду Второго стабиги) рона 65, и третий рез 1 лсто 68, од)1 им ВЫВОДОМ 69 подкл 10 ченный к Ооьеди)ВнныГл в Озцю точку аноду первого стабилитрона 58 и др, - Гому Выводу Гереиенного резисгОЕ)а 5/, Другим выводом 70 третий резистор 68 подключен к управляюще лу элсП роду тиристорного ключа 23 и катоду фотот)иристора 71 оптрона 62. Анод 72 последнего подключен к другому Выводу первого резистора 54.ДруГОЙ ВЫВОД ВтороГО Е)6 з)лстора 6 и ОДин вывод первогс конденсатора 59 служат одним и другим входаии 52, 53 систе)лы 24 уп;)авления тиристорньм ключом 23. Дополнительно в устройство для зашиты (фиг,1) введены два тиристора 73 и 74, вспомоГательный кОнДенсато) 75, ОДнофазнцй трансформатор 76, аднофазный диоднцй выпрямитель 77, датчик 78 состояния управляемого ключа 23, датчик 79 напряжеьля, подкл:оченный к входным выводам Е 30, 50 инвертора, и блок 81 регулирования, каждый выход 82 и 83 которого подключен к управляющему злектроду одного из указанных дополнительных иристоров(соответственно 73 и 74).,котор); е соединены между собой последовательно%Иодом одного из них (73) Он)л подклГ)че 11. к положительной шине 28, а катодом другого (74) - к отрицательной шине 50 инвертора, Общей точкой 84 они подклгочены к одной Обкладке указанного конденсатора 75, другая обада которогс подклочена к одному выводу 85 первичной обмотки 86 трансформатора 76. Свободнци вывод 8) псрвичнои обмотки 86 указанного трансфор)латора 76 подкл)очен к отрицательной шине 50 инвертора, а к вторичной обмотке 88 трансфор)латора 76 подключены вцводь 1 89, 90 переменного напряжения диодного выпрямителя 77. Отрицательный выходной вывод 91 последнего подкл очен к отрицательной шине 50 инвертора, а положительный Выходной вцвод 92 подключен к катоду 26 управляемого ключа 23, Силовые выводы 25, 26 последнего являк)тся одноименнымл входами датчика 78 ГсстояняуправляемоГО ключа 23 Вьход 93 датчика 78 явяяется одним (однолменн ь м, входом блока 81 регулирования. другим входом 94 кото 1 зого является одноименный зыход датчика напряжения 79 Измег)итель-преобр зовгтель 95 напряжения (флг.З), вход которого является другим входом 94 блока 81 оегулирования, а Выход 96 измерителя-преобразователЯ 95 подключен к первому Одноименному входу компаратора 97. другой вход 98 которого подключен к источнлку опорного напрякения, Выход 99 компаратора 97 подключен к одному входу злемен га И 100, Другой вход 93 пос: еднего является одни;"; одноименным входом блока 81 регулирования. Третий вход 101 последнего являогся одноименным вь 1 ходом управляемо.о делителя 02 частоты входом 103 соединенно)О с одно. ЛМЕННЫМ Вь)ХОДОМ ВНВЛО;О-цИфрОВОГО Првобразователя 1104, Вход 105 последнегс соединен с. Одноименным ьь)ходом анало ГОВО)о сумматора 106, один Вход 10кйтО" рого подхл)о ен к выходу 96 измерителя-преобразователя 95 напряжения, а другой вход 108 дк 1)очен к ис-Оч нику опорного напряг.Ния. Вьход 109 злемента И 100 по);Гючен к Од олме 511 Ому входу распределителя-формирователя110 импульсов, выход 111 которого подключен к одноименному входу усилителя-формирователя 112 импульсов, выходыкоторого являются выходами 82, 83 блока 81 5регулирования,На входе инвертора (фиг,1) включендроссель 113 фильтра, между шинами 28 и50 - конденсатор 114 фильтра, а к силовымзажимам каждого главного тиристора (1 - б) 10подключен встречно-параллельно свой диод 115 - 120.Датчик 78 состояния тиристора 23(фиг.5) включает делитель напряжения, выполненный на резисторах 121 и 122, подключенный к силовым зажимам 25, 26тиристора 23, стабилизатор напряжения настабилитроне 123 и резисторах 124 и 125,обеспечивающих оптимальный рабочий режим светодиода в оптоэлектронном переключателе-инверторе 126.Рассмотрим работу предлагаемого устройства.Как и в основном устройстве, подготовка к работе всех элементов предлагаемого 25устройства для защиты происходит при подаче питающего напряжения на вход инвертора, т,е, еще до подачи управляющихсигналов на тиристоры инвертора, При этомконденсатор 114 фильтра, накопительный ЭОконденсатор 22 и дополнительный кснпенсатор 30 оказываются заряженными практически до одного напряжения, равноговыпрямительному напряжению на входе инвертора О, т.е, О 1 и =- О 22= Озо= Огл 35Как и в основном устройстве, изобретение не исключает использования в приводеисточников подзаряда коммутирующих конденсаторов с учеом увеличения энергииподзаряда в зависимости от увеличения тока нэгрузки,Допустим, что в пусковом режиме., когдавходное напряжение составляет Ос = 0,05- 0,1)Осином, а пусковые токи весьма велики.т.е. 1 нагр.пуск.2,5 - 3)нагр,ноя создались ус - 45ловил, при которых одна из уставок срабатывания устройства защиты, например.разность между напряжением на коммутирующем конденсаторе 13 (например, фазыА инвертора) и напряжением на конденса- .50торе 114 фильра будет превышена (фиг,1).В результате создаются условия для открытия тиристора 23 и сброса энергии из конденсатора 13 В накопительный конденсатор22, потом через открывшийся тиристор 23 - 55в дополнительный конденсатор 30, а затем- в питающую сеть. Однако этот процес",.при столь малых величинах входного напряжения Ог 1 мох(ет привести к снижениюзапаса энергии в коммутирующем контуре, А так кяк пусковые токи весьма велики, то Оставшейся энергии в контуое коммутации можетоказаться недостаточно для нормальнойкоммутации пусковых токов, и тиристоры окажутся в аварийной ситуации, Поэтомунеобходимо для ликвидации этих аварийных режимов либо искусственно закрыть тиристор 23 если он уже открылся), либосоздать условия для сохранения его закрытого состояния если открытия не произошло)до того момента, пока величина входного напряжения не поднимется, а величина пусковых токов не снизится до значений, при которых отбор энергии кол 1 мутирующего контура с последующим ее возвратом в питающую сеть будет целесообразно.Для этого в схеме устройства предусмотрены тиристоры 73 и 74, которые управляются блоком 81 регулирования. Блок 81 получает информацию, с одной стороны, от датчика 78 состояния тиристора 23, а с другой стороны - от датчика 79 напряжения о Величине входного напряжения Он инвертора.Информация 0 Величине ндпоЯжениЯ Од попадает в блок 81 регулирования, а именно в измеоитель-преобразоьатель 95 напряжения 1 фиг,3). который гальванически развязыВает высоковольтнуа часть схемы от низковольтной, и согласуется по уровню своего Выходного напряжения с низковольтной ЧаСгьЮ Схемы,".алЕЕ СИ наЛ .196 С Выхода измерителя 95 и; падаЕт, во-первых, в аналоговый компаратор 97, с где сравнивается с опорной наперед заданной величи- НОЙ СИ-Нада ОВВ =- Ооп 1, И ЕСЛИ ОВЕ К ООО, то на ыоде 99 компаратора 97 появляетсЯ сигнал логической единицы, Во-вторых, сигнал Ооа с Выходя измерителя-преобразователя 95 напряжения попадает на вход 107 аналогового сулгматора Об, в котором сравнивается с другим наперед заданным значением ОпоРного напРнжениЯ Ооз = Ооп 2. И голи О 1 о-,О оо, то на входе 105 сумматора 106 гоявляется синал, соответствующий текущему значению входного напряжения инвертора Он. В аналого-цифровом преобразователе 104 этот сигнал преобразуется в ципгровой код и с Вьхода 103 попадает в управляемый делитель 10 частоты, на выходе 01 которого появляются сигналы О 1 о 1, чэсто 1 а которых соответствует влекущему значению напряжениЯ Од на Выходе инвертора, Кроме того, э;от сигнал О 1 о одновре- МЕННО С СигиаЛСМ ОВО ПОСтуПаЕт На ОДИН вход элемента И 100, Крол 1 е того, на другой вход элемента И 1 ОО, который является другим входом блока 81 регулирования, поступает сигнал об Открытом или закрытомгостоянии тиристора 23 (фиг), Еси тири- стор 23 еще закрыт, тс к Входам датчика 78 прикладывается 1 апр)жение, равное разнОсти 22-30 = .)22 -)30, т,е. разности нап зяжений на накопительном кзндеисаторе 22 и накспительном кондг)Са)оре ЗО, Это напРЯжсни 8 Ь 22-зо пРег)боазУетсл нс ВЫХОД 8 93 датЧИКа 78 В СИГНаЛ ЛОГИг 8 СКОГО НуЛя. Таким Образом, на Входа элемента И 100 поступа 1 о г сигналы 0". "1". "1", В результате Ч 8 ГО НЭ ВЫХОДВ 109 ЭЛВМЕНТс И 00 форми" руется сигнал логического нуля, А значитРЫУОДОВ 82, 83 усили)ел-формирователс 12 блока с 1 регчлиоованИя (с 1 ИГ,З уп)авллющие сигналы на тиристоры 73 и 74 не постугают, и последние остак)тол закрытыми,г)СЛИ жЕ К РаССМаГРИВаеМОМУ МОМВНТУ управляемый клю 123 о азался открытым. то величина напряжения на его слловых Входах 25, 26 определяетсл заданием напряжения на нем От и ротека ия прямОГО то (а,. причем2;1-26 к .)221-,. Этот сигнал 1,)2626, поступая В датчлк 78, формирует на его Вь 1- ехОДе сиГнал логической 8 Длницы. В Оезуль" тате, на выходе 109 гфиг.З) элемента И 1 СО формируется слгнал, частота которого определяется частотой выходного сигнала О 1 о уиргэОЛЯРМОГО ДЕЛИТВЛЯ 1".ф 2 ЧВС ГОТЫ. В ЭЯЕ. ментах схемд 11., и 2 ЭГОт слГнал .)1 ов усилиеается и Оас - :.:дэляется по выхсдам 82 и 83.гр и гО 1 а ч 8 ) Г О а 1 л." .0 где г О и м г) ул ь с а 1) 82 на тиристор ГЗ г Ослесдний Откры Рэетсг и создается цепь заряда конденсатора 7 до НсзгРяжеНЬ" Я 3-Г Г, ПОЛЯ РНОСтЬЮ (,") УКаэаН" ноЛ на фиг.1 без скобок, а имен-о: +)-ая ш 1 Ча 28 иьВер тора - тиристгр г- кон лен сатор 75 - первичная гбмотка 86 грансформатора 76 - ,-)-эл шина 50 инвгртора, Трансформатор )6 имРет коэффициет трансформации К 1, который зааСит от Выбора всех параметров схемы, В процес "8 заряда конденсатора "5 Грктически о,:.,0- временно и роисходи.г подэа ряд гс нденса тора ЗО по цег)и: вторичнаЯ обмотка 88 трансформатора - выпрямитель 77 - хонДенсатог) ЗО - дроссель 31- выпрямитель 77ВтооичнаЯ Обмо" ка 88 трансформспОра 6,О Ог,Ончании заряДс конденсатг)ра 75 тиристор 73 закрывается, 1 ри гостугЛени уп- РаВЛЯЮЩЕГО СИГНала ВЗ На УГРВВЛЯ;ОгЦИЙ вход Гиристора 74 и роисхсдип ереза ряд кОНДечсатОрс 1 75 ПО цепи: кОИДенсатоэ 7,) - Гиристор 74, первичнсг Обмотка 86 1 рансформатора 76 - конденсатор 75, в разульате чего полярность напряжения гв меняется на протИвогОложную -,+, кэк ука- ЗВНО На фГ.1 В СхобхаХ), В ГроцЕССЕ Пврезаряда конден.атооа 75 .Ооисхсди. Д,э л ь н 8 Й ц и Р 1 и )а р Я г : г) н Д 8 н Г, а ) р а,;: 0 1г) 10 15 20 25 30 40 50 цепи; вторичная обмотка 88 трансформатора 76 - выпрямитель 77 - конденсатор 33 - дроссель 31 - выпрямитель 77 - первичная обмотка 88 трансформатора 76, Этот процесс подзаряда конденсатора 30 будет продолжаться до тех пор, пока напряжение О,на входе инвертора не достигнет определенного, наперед заданного значения, Величина напряжения дозаряда конденсатора 30 определяется величиной коэффициента трансформации и частотой переключения тиристпров 73 и 74. ксторая определяется Веллчиной входного чапря)кения Оинвергог)аТаким образом, Величина напряжения Бзо на конденсаторе 30 Оказывается больше. чем нэпряжение )22 на накопительном конденсаторе 22, В результате к тиристору 23 ПрИКЛВДЬ 1 ВаЕтСЯ На ПряжЕНИГ: 02 гг 26 = 022 - Озо) =- - Л22.30, кото 08 создает условия Для закоытия тир 1 стг)ра 23, С ростом Величины Входного наг)ряжения1, в пусковом режиме и при приближении этой величины к некоторому наперед заданному пороговсму значенио АПор. частота переключени тиристоров 73 и 74 уменьшается, в результате чего среднее значение напряжения нэ конденсаторе 75 уменьшаетгя фиг.4), Таким образом, энергия подзаряда конденсатора 30 зависит от величины входного НаПРЯжЕНИЯ Огз ИНВЕРтОРа В ПЕРЛОД ПУ Ка, т,е. Величина энеогии подзаояда его определяется только тек"щей потребностью привода, В результате процесс подзаряда является экономичным и строго дозированньм. 1 ри достижении величинОЙ ВуоднОГО НаПРЯжЕНИЯ Цг ИНВЕР; ОРа ПОРОГОВС ГО ЗНачения, Выше которого целесообразен частлчный отбор энергии из коммутирующего контура в питаюгцую сеть, на выходе 99 аналсгового кэмпаратора 97 фГ,З) формируется сигнал логического Н 1 фля, В результа.ге Ого на выходе 109 элемента И 100 так)хе формируется логический нул;, независимо от наличия сигналов на входах 93 и 101 элемента И 100. Таким образом снимаося сиг. наль управления В 12 и 863 с трлст;ров 73 л 74 и рассмотренное устройство е г)ункц- ОНИРУЕт ДО СЛЕДУЮГЦ 8 ГО ансЛГ)ГИ ОГО ОЕжима электрог 1 ривода,Формула изобрРтегия строиство для защить; От пе 08 апряжЕНИй РЛ 1-ФгЗЗНОГО ИНВЕртОра ПО авт,ся, Н: 1488915, с, т л и ч а ю ц 8 е с я те;:., что, с ЦгЗЛЬЮ РаСЦ:ИРЕНИЯ фУНКЦИОНальНЫХ ВОЗ. МОЖНОСТ 8 й, В НОГО ВяедегЬ Два ТИОИСГОРа, Вспомога)ельный конленсатор Однофаз ЫЙ т)сэнсформа 10 р, ОднофазныЙ ДНОДНЫЙ Выпрямитель, датчи." со" Ян я уп)авляе. моо ключа, даик на г ке ия и бл(ч.,)ег 11697179 1 О Вл 15 я У 7 Ц 83 лирования, причем датчик напряжения входом предназначен для подключения к входным выводам инвертора, один и другой выходы блока регулирования подключены соответственно к управляющим электродам одного и другого тиристоров, которые соединены между собой последовательно и предназначены для подключения анодом одного из них к положительной шине инвертора, катодом другого - к отрицательной шине инвертора, а общей точкой они подключены к одной обкладке вспомогательного конденсатора, другая обкладка которого подключена к одному выводу первичной обмотки однофазного трансформатора, другой вывод которой предназначен для подключения к отрицательной шине инвертора, к вторичной обмотке однофазного трансформатора подключены выводы переменного напряжения однофазного диодного выпрямителя, отрицательный выходной вы вод которого предназначен для подкл ючения к отрицательной шине инвертора, а положительный выходной вывод подключен к катоду управляемого ключа, силовые выво-,ды которого использованы в качестве входов датчика состояния управляемого ключа,выход которого подключен к одному входу блока регулирования, другой вход которого подключен к выходу датчика напряжения, при этом блок регулирования включает из меритель-преобразователь напряжения,вход которого использован в качестве другого входа блока регулирования, а выход подключен к первому входу компаратора.другой вход которого подключен к источни ку опорного напряжения, выход компаратора подключен к первому входу элемента И, второй вход которого использован в качестве одного входа блока регулирования, а третий вход подключен к выходу управляемого 15 делителя частоты, входом соединенного свыходом аналого-цифрового преобразователя, вход которого соединен с выходом аналогового сумматора, один вход которого подключен к выходу измерителя-преобразо вателя напряжения, а другой вход подключен к источнику опорного напряжения, причем выход элемента И подключен к входу распределителя-формирователя импульсов, выход которого подключен к входу 25 усилителя-формирователя, выходы которого использованы в качестве выходов блока регулирования.151697179 Яд порФиг,5Составитель О.Мещеряковаэктор Т.Зубкова Техред М.Моргентал . Корректор М.Демч Заказ 4311 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5