Тиристорный преобразователь с защитой

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 2 М 7/04; Н 02 Н 7/125 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТН(71) Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола(54) (57) ТИРИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ЗАЩИТОЙ, содержащий блок силовых тиристоров, выполненный по трехфазной моСтовой схеме, датчики проводимости силовых тиристоров, систему импульсно-фазового управления и блок отключения преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения належности тиристорного преобразователя, в него введены блок вспомогательных тиристоров, выполненный по трехфазной мостовой схеме, с собственным блоком нагрузки и с датчиками проводимости тиристоров, шесть элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ, два семивходовых элемента- И - НЕ, два селектора длительности импульсов, два элемента НЕ, ключевой элемент с размыкающим и замыкающим контактами и источник сигнала логической 1, а блокотключения преобразователя содержит автоматический выключатель на первичной стороне блока силовых тиристоров и блок управления его отклочением, причем блок вспомогательных тиристоров подключен первичной стороной к тем же фазам напряжения питания, что и блок силовых тиристоров, а упревляющие электр(лы вспомогательных тиристоров - к тем же выхолдм системы импульсно-фазового уп)дил( ния, что и уиравлякн ие электроды силоньх тиристоров, при этом выходы датчиков проводимости первьх, вторых и третьих ти)истсров кдтодной грх 1 ь блоков силових и всиомогат(льных тиристор(в полклкиены к с(ютвегствующим вилдм первого, второго и третьего элементов РЛВ ОЗНЛЧ 1 О(.Тэ соответственно, а выхолы датчиков прополи мости первых. вторых и третьих тиристоров дидиой групп 1 блоков силовых и всиом(ндт(льиых ти.ристоров иолклк)чеиы к с(нтвтствуюним входдм четвсртоп, питого и иостоо эементов 1 Л 03 Л(1 ОСТ), вых(ды каждого элемента )ЛВ 03 Л(1 ОС 11 соединены с СООТ(Т(ТИЪКИМИ В ХОДД М И 1 С) ВОП) И Е)ТО- рого ссмииходовцх элементов 1 Е, выходы которых соотвстств(иш чер(э первый н второй селекторы длит(л 1,о( и импульсов подключены к первому и второму входам блока управления отключением еггол(атиеского ВЬЕКЛОЧ ТСЛЯ И СОС 1111 ЕИЫ С СООТВСТСТЕ)У Ю. щими Входеми Зд)(т системы иму льсио- фазового управлении, вход первого селек. тора длительности соелииеи с сельмым входом второго семивхолоного элемента И - .-НЕ через последовательно вклкченные первый элемент НЕ и размыкдОщий контакт ключевого элемента, замыкд ощий контакт которого соединен с источником сигнала логиче-ф ской 1, а выхол второго селектора длительности подключен к седьмому входу первого семивходового элемента И - НЕ через вто. рой элемент НЕ.510 45 50 55 Устройство относится к силовой преобразовательной технике и предназначено для использования в системах управления технологическими процессами.Целью изобретения является повышение надежности тиристорного преобразователя.На фиг. 1 представлена функциональная схема тиристорного преобразователя (ТП) с защитой; на фиг. 2 - функциональная схема блока диагностики; на фиг. За - функциональная схема фазосдвигающего блока каждой фазы СИФУ; на фиг. Зб и в - варианты выполнения датчиков проводимости на оптроне и датчике тока соответственно; на фиг. Зг - схема выполнения блока управления отключением автоматического выключателя; нз фиг. 4 и 5 - временные диаграммы сигналов элементов преобразователя.В состав ТП (фиг. ) входят мостовая двухфазная схема силовых тиристоров 1 - 6 с датчиками 7 и 12 проводимости, вспомогательная мостовая трехфазная схема, содержащая тиристоры 13 - 18, с датчиками 19 - 24 проводимости, блоки нагрузки силовой 25 и вспомогательной 26 мостовых трехфазных схем, автоматический выключатель 27 и блок 28 управления его отключением, система импульсно-фазового управления (СИФУ) 29 с входом 30 для подключения источника сигнала управления (Т) и входные клеммы ЗАПРЕТ 31 и 32, выходные клеммы 33 СИФУ для подключения к управляющим электродам тиристоров силовой и вспомогательной мостовых трехфазных схем, блок 34 с входными 35 - 46 и выходными 47 и 48 клеммами, содержащий (фиг. 2) элементы РАВНОЗНАЧНОСТЬ 49 - 54, семивходовые элементы И - НЕ 55 и 56, элементы НЕ 57 и 58 селекторы 59 и 60 длительности импульсов, ключевой элемент 61 с размыкающим и замыкающим контактами, клемму 62 для подключения источника сигнала логической 1,Связь выходов ЗЗ СИФУ 29 с управляю. шими электродами тиристоров 1 - 12 на фиг, 1 не показана с целью упрощения функциональной схемы ТП. Структура СИФУ 29 (фиг. За) предполагает наличие для каждой фазы фазосдвигающего устройства с формирователем 63 импульсов элемента ЗАПРЕТ 64, импульсного трансформатора 65, элемента ИЛИ 66 с входами 31 и 32. Вторичные обмотки трансформатора 65 через диоды подключаются к управляющим электродам соответствующих тиристоров (например, 1 и3) силовой и вспомогательных схем ТП. Наличие сигнала логической 1 на одном из входов 31 и 32 элемента ИЛИ 66 приводит к формированию на его выходе напряжения логической 1, что обеспечивает нулевой уровень сигнала на выходе элемента ЗАПРЕТ 64 независимо 15 20 25 30 35 40 от величины сигнала на выходе блока 63 (СИФУ и формирователя импульсов фазы).Датчики проводимости 7 - 12 и 19 - 24, тиристоров могут быть реализованы на оптро не 67 (фиг. Зб) с диодом 68 и резисторами 69 и 70 либо на базе датчика тока (фиг. Зв) с шунтом 71 и усилителем 72. На фиг. 1 они изображены в виде блоков, подключенных параллельно тиристорам. Когда силовой или вспомогательный тиристоры находятся в открытом состоянии, выходной сигнал датчика проводимости соответствует уровню логической 1, а когда тиристор закрыт - логическому О,Блок 28 (фиг. 1) содержит реле с об.мотками 73 и 74 (фиг. Зг), При наличиисигнала логическойхотя бы на одном нзвходов 75 и 76 блока 28 автомат 27 (фиг. 1)размыкается (логическая функция ИЛИ).Выходной сигнал элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ 49 - 54 (фиг. 2) соответствуетуровню логической 1, если на их входахзнаки (уровни) сигналов совпадают, Еслиуровни воздействии на входах (35,36), (37,38),(39, 40), (41, 42), (43,44), (45, 46) несовпадают (логическаяи логический О),то выходной сигнал блоков 49 - 54 равеннулю.Элементы 55 и 56 реализуют функциюИ - НЕ, т е. если хотя бы на одном изих входов сигнал равен логическому О,выходное напряжение блоков 55 и 56,равнологической 1. Элементы 5 и 58 формируют на выходе сигнал логической 1,если их входной сигнал равен нулю.Выходной сигнал селекторов 59 и 60длительности импульсов равен логической1 только в том случае, когда длительностьимпульса на входе превышает заранее выбранную величину. Если длительность импульсов на выходе блоков 55 и 56 меньше некоторой заданной величины, сигнал на выходеэлементов 59 и 60 равен нулю,На фиг. 1 - 4 обозначены Ч) - Чц, И) -сигналы с выходов элементов 7 - 60 соответственно. Устройство работает следующим образом,Тиристоры 1 - 6 образуют силовую трехфазную схему выпрямления напряжений сети(1), Чв), Чс) Группа тиристоров 13 - 18 составляет вспомогательную маломощную мостовую схему, конфигурация которой полностью соответствует силовой мостовой схеме ТП.Тиристоры (1 и 13), (3 и 15), (5 и 17), (6 и 18), (2 и 14) и (4 и 16) управляются синхронно от СНФЦ 29, которая преобразует сигнал Х(1) (клемма 30) и импульсы управления тиристорами, положение кото рых во времени по отношению к направлениям 7 л(1), Ч (1), Ъ (1) зависит от уровня управляющего воздействия Х(1) ТП.(фиг.4) 1 (б) 1 - 3 13 (в) 14 (д) 16 (ж) 15 (п) 18 (л) 17 (н) 2 (г) 6-2 30 4 (е) 2 - 4 3 (з) 35 6 (к) 4-6 5 (м) 40В результате на входах элементов РАВНОЗНАЧНОСТЬ 49 - 54 (фиг. 2) уровни входных воздействий в правильно функционирующей схеме силовых мостов ТП все время совпадают, поэтому напряжения на выходах элементов 49 - 54 равны логической 45 1 (фиг. 4 о). При этом сигнал на выходах 47 и 48 блока 34 (фиг. 1 и 2) равен нулю.Предположим, что в момент времени ( (фиг. 4 б) вышел из строя тиристор 1 основного моста ТП (разрыв его цепи). Тогда сиг налЧ(1) на выходе датчика 7 становится равным нулю и в течение времени на входах элемента 50 имеет место несовпадение уровней сигналов Ч (1) и У 19 (1 ) (фиг. 4 б, в). Это вызывает появление на выходе элемента 50 сигнала Чж (1) логичес кого О (фиг. 4 п - сплошная линия), а на выходе элементов 55 и 56 сигналаУ(1) логической 1 (фиг. 4 п - пунктир). Нагрузка 26 является аналогом основной нагрузки 25 ТП. В дальнейшем предполагается, что блоки 25 и 26 являются чисто активными.При работоспособности всех элементов схемы режимы работы тиристоров основного и вспомогательных мостов идентичны.Предположим, что угол сг формирования управляющих импульсов тиристоров основного и вспомогательных мостов ТП равен нулю (фиг. 4, режим неуправляемого выпрямителя) . Тогда в интервалах времени, ограниченных точками естественной коммутации 1 - -3, 3 - 5, 5 - 1 (фиг. 4 а), в проводящем состоянии находятся тиристоры 1, 3, 5 и 13, 15,7 катодной группы мостов, а в интервалах времени 2 - 4, 4 - 6 и 6 - 2 - тиристоры анодной группы этих мостов. В этом случае на выходе датчиков проводимости возникают сигналы логической 1 в определяемой последовательности (см.табл.) . 20 По истечении времени А( (фиг. 4 р) на выходе селекторов 59 и 60 формируется сигнал логической 1, который при воздействии на входы 31 и 32 СИФУ 29 (фиг. 1 - За) приводит к прекращению формирования управляющих импульсов тиристорами основного и вспомогательного (эталонного) мостов. Одновременно с этим сигнал Ур = =Ур ) (фиг. 2, 4 р) воздействует на блок 28 (фиг. 1) и выключаст автоматический выкл юч а тел ь 27.Таким образом, происходит отклочение неисправного ТП и предотвращение кратной неисправности в устройстве, т.е. такой неисправности, когда одиночная неисправность (в данном случае тиристора 1) вызывает появление других неисправностей в схеме силового блока ТП.При появлении сигнала логической 1 на выходе селектора 59 длительности обеспечивается нулевой уровень напряжения на седьмом входе элемента И - НЕ 56, который переходит в единичное состояние. Сигнал Уго ) логической 1 вызывает на выходе элемента 58 сигнал логического О, который дублирует сигнал логического О с выхода элемента 50.Таким образом, при одиночной неисправности в схеме моста ТП минимум на два входа элементов 55 и 56 подается сигнал логического О, что, во-первых, фиксирует их в состоянии логической 1 до того времени, пока в ТП не будет устранена неисправность, а, во-вторых, обеспечивает высокую надежность блока 34 диагностики (фиг. 1 и 2) за счет взаимного дублирования элементов 55 и 56. Если в процессе работы один из них оказывается неисправным, то олок 34 все равно будет работосопособным, т.е. сохранит свои свойства контролировать работу силовых тиристоров путем сравнения их состояний с состояниями тиристоров вспомогательного моста.Предположим, что один из элементов 49 - 54 (фиг. 2) оказался неисправным и принял неуправляемое нулевое состояние. Для схемы диагностирования эта ситуация эквивалента неработоспособности одного из тиристоров основного или всяомогательного мостов, что влечет за собой отключение ТП от напряжения сети. Тем самым соблюдается один из основных принципов самодиагностирования вентильного преобразователя - неработоспособность любого элемента схемы должна вести к отключению всей структуры.Предположим, что один из элементов 49 - 54 (например 50) оказался неработоспособным и находится в неуправляемом единичном состоянии. Такая ситуация эквивалентна работоспособности вентилей 1 и 13 (фиг. 1), а точнее - отсутствию контроля за их состоянием.Тогда в случае к.з. в цепи одного изэтих вентилей в соответствующем мосте появится кратная неисправность, в результате которой на выходе одного из элементов49 или 51 - 54 появится сигнал логическогоО. В результате произойдет срабатываниевыключателя 27.Если неработоспособным окажется одиниз датчиков проводимости тиристоров (неуправляемое состояние О или 1), то защита преобразователя также сработает максимум за время, которое ограничено точками1 - 3 - 5 - 1 (фиг. 4 б - р),Защита ТП реагирует также и на неработоспособность любого из вентилей или датчиков проводимости вспомогательного мостаДля перевода схемы блока 34 (фиг. 1и 2) в исходное состояние необходимо ключ61 перевести в положение, при котором егозамыкающий контакт замыкается.В этом случае на выходе блока 34 формируется сигнал логического О (на его 20входах сигналы логической 1, так как после ремонта все элементы схемы исправны),который приводит к появлению сигнала логической 1 на выходе элемента 58 и переключению элемента 55 в нулевое состояние,а элемента 57 - в единичное. При возврате ключа 61 в исходное состояние схема готова к контролю состояний элементов силового моста ТП.Учитывая, что узел защиты (диагностирования) состояний вентилей ТП функцио- З 11нирует на базе логической обработки информации, он обладает высоким быстродействием, ограничивающимся на практике динамическими параметрами датчиков проводимости. Следует отметить также повышенную помехоустойчивость блока 34, так как при обработке первичной информации с датчиков проводимости тиристоров используется алгоритм типа РАВНОЗНАЧНОСТЬ, исключающий необходимость в использовании элементов памяти (триггеров), обладающих низкой помехоустойчивостью, в частности к сигналам импульсных помех со стороны питающего напряжения.Селекторы 59 и 60 длительности импульсов (фиг. 2) введены в схему ТП для исключения ложных срабатываний блока 34. Последнее является результатом неидентичности параметров датчиков проводимости и самих тиристоров основного и вспомогательных мостов.Предположим, что сигналы Ч ) (фиг. 5 а) и Чэ(Ф) (фиг, 5 б) на выходе дат чиков 7 и 19 (фиг. 1) достигают минимального уровня (мин 1) логической 1 в разное время из-за неидентичности своих характеристик.Тогда на выходе блока 50 (фиг, 2) будут наблюдаться провалы напряжения У (1) (фиг. 5 в) длительностью А 1, а на выходе элемента 55 - импульсы логической 1 (фиг. 5 г), которые приводят к ложному отключению схему ТП.При появлении сигнала Яу(1) селектор 59 (фиг. 2) переходит в единичное состояние только в том случае, если длительность импульса Чм (1) не менее чем (д 1"Т(фиг.5 г, д), т.е. только тогда, когда сигнал Чд) является с достаточной степенью достоверности не следствием разброса параметров элементов схемы, а результатом ее неработоспособности.евер ивняка комит н от шская 11303Филиал Составитель О.Техред И. Верес Тираж 646 ИПИ Государственного по делам изобретенийМосква, Ж - 35, Рау ЛПП Патентэ, г. Ужго Редактор А. СабоЗаказ 4626/51ВН коваКорректор В. СПодписноета СССРрытийнаб., д. 4/5Проектная, 4