Датчик состояния вентилей реверсивного тиристорного преобразователя

(19) (11) 8730 151)5 Н 02 Н 7/12 И ОБРЕТЕ ЛЕЙ РЕПРЕОБФщ 1 щщ 0 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по автоматизированному электроприводу в промышленности, сельском хозяйстве и на транспорте (72) П.П.Коротин, В.Д,Корниенко и О.В.Ивлев (73) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по автоматизированному электроприводу в промышленности, сельском хозяйстве и на транспорте (56) Авторское свидетельство СССР М 1182599, кл. Н 02 Н 7/10, 1984.Авторское свидетельство СССР И. 1251224, кл. Н 02 Н 7/10, 1985.Авторское свидетельство СССР М 1576972, кл. Н 02 Н 7/12, 1988.Гальперин М.В, Практическая схемотехника в промышленной автоматике. - М.; Знергоатомиздат, 1987,(54) ДАТЧИК СОСТОЯНИЯ ВЕНТИ ВЕРСИВНОГО ТИРИСТОРНОГО РАЗОВАТЕЛЯ(57) Датчик состояния вентилей реверсивного тиристорного преобразователя содержит семь каналов контроля, состоящих из выпрямительных мостов, первый, третий и пятый из которых через ограничительные резисторы соединены с выводами для подключения к соответствующим фазам питающего напряжения и к выводу для подключения к одному из выходных зажимов преобразователя, а второй, четвертый и шестой выпрямительные мосты соединены через ограничительные резисторы с указанными выводами для подключения к соответствующим фазам питающего напряжения и с выводом для подключения к другому выходному зажиму преобразователя, входы седьмого выпрямительного моста через ограничительные резисторы подключены к фазам питающего1787303 5 10 15 35 напряжения, при этом в каждом канале выходы выпрямительных мостов соединены с входамивходных блоков управления, выходами подключенных к первым обмоткам трансформаторов, вторые обмотки которых связаны с входами блоков, а третьи обмотки - с входами блоков коммутации, выходами подключенными к генератору 45 прямоугольных импульсов, причем первые выходы блоков согласования с нагрузкой соединены с положительным выводом источйика питания, а третьи выходы - с отрицательным выводом источника питания, вторые выйоды блоков, первого третьего и пятого каналов подключены к первым .входам схем И и ИЛИ, вторые входы которых Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для контролясостояния вентилей,Известен датчик состояния вентилей реверсивного тиристорного преобразователя,содержащий датчик напряжения и триггер,снабженный транзисторами и резисторамипо числу тиристоров катодных групп реверсивного тиристорного преобразователя,транзисторным ключом, в качестве датчиканапряжения применен магнитно-транзисторный автагенератор с двумя выходными обмотками и одним коллекторным выходом, а вкачестве триггера - О-триггер.Недостатком этого датчика является невозможность контроля состояния вентилейпри аварийных изменениях или отключениях напряжения питающей сети.Известно также устройство для контроля состояния вентилей преобразователя,содержащее генератор повышенной частоты, трансформатор с входной и подмагничивающей обмотками, входная обмоткакоторого соединена с выходом генератораповышенной частоты через ограничитель напряжения и шунтирована конденсатором,формирователь информационных импульсов,выполненный по схеме двухкаскадного усилителя с истоковым повторителем во входномкаскаде, и формирователь стробирующих импульсов,Недостатком данного технического решения является необходимость пропускания силового тока контролируемого вентилячерез одну из обмоток измерительноготрансформатора, что приводит к резкомуувеличению его габаритов(особенно в силовых преобразователях на 200 А и более) и соединены со вторыми выходами блоков второго, четвертого и шестого каналов контроля, второй выход блока седьмого канала контроля соединен с выходом схемы ИЛИ и образует выходдатчика состояния вентилей по парам, выход схемы И образует выход датчика состояния каждого вентиля, Данное изобретение позволяет увеличить достоверность контроля состояния вентилей при одновременном уменьшении времени задержки контроля при изменении проводимости, при больших углах управления (в режиме прерывистых токов) и при кратковременном отключении питающей сети и при ее аварийных изменениях ниже допустимого уровня, 4 ил,сложностью изготовления силовой части преобразователя,Наиболее близким техническим решением, которое может быть принято за прототип, является датчик состояния вентилей реверсивноготиристорного преобразователя, содержащий шесть каналов контроля, состоящих из выпрямительных мостов. первый, третий и пятый из которых через ограничительные резисторы соединены с выводами для подключения к соответствующим фазам питающего напряжения и к выводу для подключения к одному из выходных зажимов преобразователя, а второй, четвертый и шестой соединены через ограничительные резисторы с указанными выводами для подключения к соответствующим фазам питающего напряжения и с выводом для подклочения к другому выходному зажиму преобразователя.Недостатком его является невозможность контроля состояния вентилей преобразователя при больших углах управления (в зоне прерывистых токов) и большое время задержки между изменением состояния контролируемого вентиля и изменением состояния датчика (десятки мкс).Целью изобретения является увеличение достоверности контроля состояния вен 30 тилей при одновременном уменьшении времени задержки контроля при изменениипроводимости вентилей.Поставленная цель достигается тем, чтодатчик состояния вентилей реверсивного тиристорного преобразователя, содержащий шесть каналов контроля, включающих в себя выпрямительные мосты, первый, третий и пятый из которых через ограничительные резисторы соединены с выводами для сования с нагрузкой второго, четвертого и подключения к соответствующим фазам пи- шестого канала контроля соединены с втотающего напряжения и к выводу для под- рыми входами И-НЕ и элемента ИЛИ-НЕ, ключения к одному из выходных зажимов коллектор транзистора блока согласования5преобразователя, а второй, четвертый и ше- с нагрузкой седьмого канала контроля соестой соединены через ограничительные рези- динен с выходом элемента ИЛИ-НЕ. входы сторы с укаэанными выводами для выпрямительного моста седьмого канала подключения к соответствующим фазам пита- контроля через соответствующие дополниющего напряжения и с выводом для подклю тельные ограничительные резисторы соеди 10чения к другому зажиму преобразователя, нены с выводами для подключения к фазам шестьэлементовгальваническойразвязки,до- питающего напряжения, выход элемента полнительно снабжен генератором прямо- ИЛИ-НЕ использован в качестве выхода угольных импульсов, элементом ИЛИ-НЕ, датчика состояния попарно работающих элементом И-НЕ и седьмым каналом контро- вентилей, а выход элемента И-НЕ использоля, включающим в себя три дополнительных ван в качестве выхода датчика состояния15ограничительных резистора, трехфазный вы- каждого работающего вентиля,прямительный мост, входной блок управле- Данное изобретение обладает следуюния, элемент гальванической развязки, блок щими отличительными признаками: согласования с нагрузкой и блок коммутации, 1) Оптронные развязки, используемые в а в каждыи с первого по шестой канал конт- прототипе, не допускают большого диапа 20роля введены блок управления, блок согла- зона изменения входного тока, и в режиме сования с нагрузкой и блок коммутации, прерывистых токов тиристорного преобрапричем каждый из блоков управления вклю- зователя (при больших углах управления чает в себя три резистора, транзистор, вы- вентилями) уровень напряжения на эакрыпрямительныи мост, каждый из блоков том вентиле в момент его открытия мало25согласования с нагрузкой включает в себя . отличается от уровня напряжения на открывыпрямительный мост, конденсатор, два ре- том вентиле, что не идентифицируется оптзистора, транзистор, а каждый из элемен- .ронной развязкой, входной ток которой тов гальванической развязки выполнен в рассчитывается из условия максимального виде трансформатора с тремя обмотками, 30. напряжения на закрытом вентиле. Предлопри этом выходы выпрямительных мостов женная схема датчика позволяет надежно каждого канала контроля подключены к идентифицировать состояние вентиля и в первым выводам первого и второго резисто- зоне прерывистых токов, так как она допуров своего входного блока управления, вто- скает большой диапазон изменения входрой вывод первого резистора подключен к 35 ных токов(напряжений).базе транзистора и первому выводу третье) Оптронные развязки (особенно на наго резистора, второй вывод которого под- пряжение развязки 1000 В и более) имеют ключен к второму выводу второго резистора время переключения, достигающее десяти эмиттеру транзистора, коллектор и эмит- ков мкс, и момент включения вентиля и изтер транзистора через выпрямительный "0 менение состояния датчика разнесены во мостподключен кобмоткеуправлениясоот- времени на десятки мкс. то есть схема. ветствующего трансформатора, первичная представленная в прототипе, за это время обмоткакаждоготрансформаторачерезсо- не идентифицирует состояние вентилей, ответствующий блок коммутации подключе- Предложенная схема при частоте коммутана к выходу генератора прямоугольных 45 ции генератора прямоугольных импульсов импульсов, выполненного с комплементар- равной 500 кГц, изменяет состояние датчиной парой на выходе, вторичная обмотка ка приизменениисостояниявентилямаксикаждого трансформатора подключена ко мум через.2 мкс, причем при росте входу выпрямительного моста блока согла- напряжения развязки (что особенно важно сования с нагрузкой, выход которого через 50 в высоковольтном тиристорном преобразопараллельно включенный конденсатор и вателе) это время не изменяется, в отличие первый резистор подключен к базе и амит- от прототипа, где оно растет.терутранзистора, коллектор которого через На фиг,1 приведена структурная схема второй резистор подключен к одной шине датчика состояния; на фиг.2 - принципиальпитания,аэмиттер - кдругойшинепитания, 55 ная схема входного блока управления. на коллекторы транзисторов, блоков согласо- фиг,З - принципиальная схема блока соглавания с нагрузкой первого, третьего, пятого сованияс нагрузкой; на фиг.4 - принципиканалов контроля соединены с первыми альная схема блока коммутации,входами элемента И-НЕ и элемента ИЛИ- Датчик состояния вентилей реверсив- НЕ, коллекторы транзисторов блоков согла- ного тиристорного преобразователя (фиг.1)10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 содержит шесть каналов контроля 1 - 6, включающих в себя выпрямительные мосты, первый, третий и пятый из которых через ограничительные резисторы 8 - 10 соединены с выводами для подключения к соответствующим фазам питающего напряжения и к выводу для подключения к одному из выходных зажимов преобразователя, а второй, четвертый и шестой соединены через ограничительные резисторы 11-13 с указанными выводами для подключения к соответствующим фазам питающего напряжения и с выводом для подключения к другому выходному зажиму преобразователя, шесть элементов гальванической развязки 24 - 26, генератор 45 прямоугольных импульсов, элемент ИЛИ-НЕ 47, элемент И-НЕ 46 и седьмой канал контроля 7, включающий в себя три дополнительных ограничительных резистора 14-16, трехфазный выпрямительный мост 7, входной блок управления 23, элемент 30 гальванической развязки, блок 37 согласования с нагрузкой и блок 44 коммутации, а в каждый с первого по шестой канал контроля введены блок управления 17 - 22, блок согласования с нагрузкой 31 - 36 и блок коммутации 38 - 43. причем каждый из блоков управления (фиг.2) включает в себя три резистора 48 - 50, транзистор 51, выпрямительный мост 52, каждый из блоков согласования с нагрузкой (фиг.З) включает в себя выпрямительный мост 53, конденсатор 54, два резистора 55 и 56, транзистор 57, а каждый из элементов гальванической развязки выполнен в виде трансформатора 24 - 26 с тремя обмотками, при этом выходы выпрямительных мостов каждого канала контроля подключены к первым выводам первого 48 и второго 49 резисторов своего входного блока управления, второй вывод первого резистора 48 подключен к базе транзистора 51 и первому выводу третьего резистора 50, второй вывод которого подключен к второму выводу второго резистора 49 и эмиттеру транзистора 51, коллектор и эмиттер транзистора 51 через выпрямительный мост 52 подключены к обмотке управления И/1 соответствующего трансформатора, первичная обмотка И/3 каждого трансформатора через соответствующий блок коммутации (фиг.4) подключена к выходу генератора 45 прямоугольных импульсов, выполненного с комплементарной парой на выходе, вторичная обмотка Ю 2 каждого трансформатора подключена к входу выпрямительного моста 53 блока согласования с нагрузкой (фиг,З), выход которого через параллельно включенный конденсатор 54 и первый резистор 55 подключен к базе и эмиттеру транзистора 57, коллектор которого через второй резистор 56 подключен к одной шине питания, а эмиттер - к другой шине питания, коллекторы транзисторов 57. блоков согласования с нагрузкой первого 31, третьего 32 и пятого 33 каналов контроля соединены с первыми входами элемента ИНЕ 46 и элемента ИЛИ-НЕ 47, коллекторы транзисторов блоков согласования с нагрузкой второго 34, четвертого 35 и шестого канала контроля 36 соединены с вторыми входами элемента И-НЕ 46 и элемента ИЛИН 47, коллектор транзистора 57 блока согласования с нагрузкой седьмого канала контроля 37 соединен с выходом элемента ИЛИ-НЕ 47, входы выпрямительного моста 7 седьмого канала контроля через соответствующие дополнительные ограничительные резисторы 14, 15, 16 соединены с выводами для подключения к фазам питающего напряжения А, В, С, выход элемента ИЛИ-НЕ 47 использован в качестве выхода датчика состояния попарно работающих вентилей, а выход элемента И-Н Е 46 использован в качестве выхода датчика состояния каждого работающего вентиля. Датчик работает следующим образом.Датчик состояния предназначен для контроля прохождения тока через вентили силового выпрямительного моста в трехфазном тиристорном преобразователе. 8 данной схеме контролируется прохождение тока через два одновременно открытых вентиля выпрямительных мостов 1, 4,3, 6, 5, 2 (выход схемы 47 ИЛИ-НЕ), либо каждый открытый вентиль выпрямительных мостов 1, 2, 3, 4, 5, 6 (выход схемы 46 И-НЕ),В исходном состоянии, когда вентили силового выпрямительного моста не открыты, напряжения фаз А, В, С через выпрямительные мосты 16 поступают на входы входных блоков управления 1722 и открывают транзисторы 51 (фиг.2), которые через диодную сборку 52 формируют низкоомную цепь обмотки Я 1 трансформаторов 2429, тем самым переводя сердечники трансформаторов в режим глубокого насыщения, при котором напряжение коммутации от блоков коммутации 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44 с обмотки ЮЗ не передается на обмотку И/2. При этом на выходе диодной сборки 53 (фиг.З) блоков согласования с нагрузкой 31, 32, 33, 34, 35, 36 устанавливается уровень напряжения логического "0" и транзистор 57 надежно закрывается, и на выходе блока согласования с нагрузкой устанавливается уровень логической "1", который поступает на логические схемы 46 и 47. устанавливая их выходы в состояние логического "0", что сигнализирует о закрытом состоянии силовых вентилей выпрямительного моста, При зистора, трехфазный выпрямительный прохождениитокачерездваодновременно мост, входной блок управления, элемент открытых вентиля выпрямительных мостов, гальванической развязки, блок согласова-. например 1, 4,все элементы фиг 1,2,3 пере- ния с нагрузкой и блок коммутации, а в кажходят в инверсное состояние и на выходе 5 дый с первого по шестой каналы контроля датчика (выход схемы 47 ИЛИ-НЕ) появля- введены блок управления, блок согласовается уровень логической "1", что сигнализи- ния с нагрузкой и блок коммутации, причем рует об открытом состоянии вентилей каждый из блоков управления включает всебя три резистора, транзистор, выпрями- А ВПри подаче напряжения сети на входы 10 тельныймост, каждыйизблоковснагр зу кои, С седьмого канала контроля, на выходе включает в себя выпрямительный мост, конвыпрямительного моста 7 появляется на- денсатор,два резистора, транзистор,акажряжение уровня логической "1", которое с дый из элементов гальванической развязки помощью блока 23 переводит сердечник выполнен в виде трансформатора с тремя обтрансформатора 30 в режим глубокого на мотками, при этом выходы выпрямительных сыщения и на выходе блока 37 согласования мостов каждого канала контроля подключес нагрузкой появляется уровень логической ны к первым выводам первого и второго "1", которое дает разрешение на работу ло- резисторов своего входного блока управлегики 47, при кратковременном пропадании ния, второй вывод первого резистора поднапряжениясетиилиаварийныхизменениях 20 ключен к базе транзисторато а и первому ниже допустимого уровня, на выходе блока 37 выводу третьего резистора, второй вывод появляется напряжение уровня логического которого подключен к второму выводу вто" ", которое запрещает работу схемы 47. рого резистора и эмиттеру транзистора,Таким образом, изобретение позволяет коллектор и эмиттер транзистора через выувеличить достоверность контроля состоя прямительный мост подключен к обмотке ния вентилей при одновременном уменьше- управления соответствующего трансформании времени задержки контроля при тора,первичнаяобмоткакаждоготрансфоризменении проводимости, при больших уг- матора через соответствующий блок лах управления (в режиме прерывистых то- коммутации подключенак выходу генера 1 оков) и при кратковременном отключении 30 ра прямоугольных импульсов, выполненно- питающей сети и при ее аварийных измене- го с комплементарнойн й парои на выходе, ниях нижедопустимогоуровня, " вторичная обмотка каждого трансформатораподключена к входу выпрямительного мостаФ о р м у л а и з о б р е т е н и я блока согласования с нагрузкой, выход кото- Датчик состояния вентилей реверсивно рого через параллельно включенный конденго тирйсторного преобразователя, содержа- сатор и первый резистор подключен к базе и щий шесть каналов контролявключающих в эмиттеру транзистора, коллектор которого себя выпрямительные мосты, первый, третий через второй резистор подключен к одной и пятый из которых через ограничительные шине питания, а эмиттер - к др - к другои шине резисторы соединены с выводами для под питания, коллекторы транзисторов, блоков ключения к соответствующим фазам пита- согласования с нагрузкой первого, третьего, ющего напряжения и к выводу для пятого каналов контроля соединены с перподключения к одному из выходных зажимов выми входами элемента И-НЕ, коллекторы преобразователя, а второй, четвертый и шес- транзисторов блоков согласования с нагрузтой соединены через ограничительные рези кой второго, четвертого и шестого каналов сторы с указанными выводами для контроля соединены с вторыми входами подключения, к соответствующим фазам пи- элемента И-НЕ и элемента ИЛИ-НЕ, коллектаюцего напряжения и с выводом для под- тор транзистора блока согласования с наключения к другому выходному зажиму грузкой седьмогоканала контроля соединен преобразователя, шесть элементов гальва-. 50 с выходом элемента ИЛИ-НЕ, входы выпрянической развязки, о т л и ч а ю щ и й с я мительного моста седьмого канала контротем, что, с целью увеличения достоверности ля через соответствующие дополнительные контроля состояния вентилей при одновре- ограничительные резисторы соединены с менном уменьшении времени задержки выводами для подключения к фазам питаю- контроля при изменении проводимости 55 щего напряжения, выход элемента ИЛИ-НЕ вентилей, он дополнительно снабжен гене- испол зован в качестве выходадатчикасосторатором прямоугольных импульсов, эле- яния попарно работающих вентилей, а выход ментом ИЛ И-Н Е, элементом И-Н Е и элемента И-НЕ использован в качестве выхоседьмым каналом контроля, включающим в да датчика состояния каждого работающего себя три дополнительных ограничительных ре- вентиля.,Шмакова Редактор е Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Га Составитель О.Ивлев Техред М.Моргентал аказ 274 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по из 113035, Москва, Ж, РАхи Фи 3 Подписноеретениям и открытиям при ГКНТ СССРшская наб., 4/5