Устройство для защиты преобразователя

(19) (И) СОЮЗ СОВЕТСКИХСФФ,ВЮЮЕСНИКРЕСПУБЛИК Н 02 Н 7/12 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ. СОСфПО ДЕЛАН ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТМфИТЙЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСНОЬй СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДПЯ ЗАПЯТЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ по авт.св. В 974494, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения потерь энергии и расширения функциональных воэможностей путем повышения быстродействияю и создания зависимой от характера Фзадержки срабатывания, в него введены датчик скорости изменения тока, компаратор, блок регулируемой задержки, двухвходовой элемент ИЛИ и блок управления тиристорным ключом, цри этом вход датчика скорости изменения тока предназначен для включения в выходную цепь преобразователя, выход через компаратор к первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого через блок регулируемой задержки соединен с выходом датчика тока, а выход через блок управления тиристорным ключом подключен к управляющему входу тиристорного ключа с принудительной коммутацией.2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что в него введен блок контроля и сигнализацииавариййого режима, подключенный своими входами соответственно к выходам компаратора и блока регулируемой задержки. 3. Устройство.по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в него введен блок контроля тока (ампер-часов), вход которого подключен к выходу датчика тока.4, Устройство по пп. 1-3, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что датчик скорости изменения тока выполнен в виде Й закрепленных на диэлектри- . ческой пластине магнитодиодов, . (8+2) резисторов, конденсатора и операционного усилителя, причем аноды всех магнитодиодов соединены с положительным выводом для подключения источника питания, каждый из катодов - через соответствующий из3 Й резисторов соединен с первым выводом конденсатора, вторым выводом подключенного к инвертирующему входу операционного усилителя, соединенному с его входом через (8+1)"й резистор, Щ а неинвертирующий вход операционногоЭвам усилителя через (И+2)-й резистор подМаЙ .ключен к шине нулевого потенциала.Устройство по пп. 1-3, о т л и ч а". ю щ е е с я тем, что компаратор вы- полнен в виде операционного усиЛителя, диода, стабилнтрона, потенциометра и трех резисторов, при этом инвертирующий вход операционного усилителя через включенные .параллельно диод и стабилитрон соединен с его выходом, через первый резистор подключен к . входному выводу, через второй оезистор соединен с .подвижным контактом потенциометра, соединенного с выводами для подключения источника питания, а неинвертирующий вход операционного усилителя через,третийрезистор соединен с шиной нулевого. потенциала.1127038 6. Устройство по г 1-3, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок регулируемой задержки выполнен в виде операционного усилителя, диода, ста-, билитрона, потенциометра, конденсатора и трех резисторов, при этом инвертирующий вход операционного усиЬлителя через включенные параллельно диод и стабилитрон соединен с его выходом, через первый резистор подключен к второму выводу, через конденсатор соединен с шиной нулевого потенциала, через второй резистор подключен к подвижному контакту потенциометра, соединенному с выводами для подключения источника питания, а неинвертиру ющий вход операционного усилителя через третий резистор соединен с шиной нулевого потенциала. 7. Устройство по пп. 1 - ,3, о тл н ч а ю щ е е с я тем, что блок контроля. и сигнализации аварийногорежима выполнен в виде двух индикаторов, двух тиристоров и кнопки сразмыкающими ,контактами, при этомпервые выводы индикаторов через контакты кнопки соединены с положительнымвыводом для подключения источникапитания, вторые выводы соответственноподключены к анодам тиристоров, катодыкоторых соединены с отрицательным выводомдляподключения источника питания,а управляющие электродытиристоровсоединеныс входными выводами блока. 2инвертирующий вход которого подсоединен к катоду магнитодиода и через второй резистор - к его выходу, а неинвертирующий вход усилителя подсоединен через третий регистор к общей шине, причем анод магнитодиода соединен с клеммой для подключенияЪисточника питания и не связанный с магнитодиодом второй вывод первого резистора соединен с клеммой для подсоединения источника смещения. Датчик выполнен на основе закрепленной на диэлектрической пластине цепи из й последовательно соединенных магнитоуправляемых контактов, вход которой подсоединен к клемме для подключения источника тока и выход подсоединен через первый резистор к инвертирующему входу операционного усшителя, подсоединенному через второй резистор к выходу усилителя, неинвертирующий вход которого через третий резистор подсоединен к общей шине, причем параллельно каждому магнитоуправляемому контакту начиная с второго подсоединен резистор. Иагннтоуправляемые контакты датчика тока подсоединены одними выводамик клемме для подключения источника тока н вторыин - к первым выводам резисторов, вторые Выводы которых подсоедиаены к ннвертнрующему входу операционного усилителя. Пластина 1Изобретение относится к преобразовательной технике, а именно к устройствам защиты вентильных преобразователей,По основному авт.св. У 744945,известно устройство для защиты преобразователя, содержащее обратно включенный диод, подсоединенный анодомк .одной иэ клемм для подключениянагрузки, вторая клемма для подклю 10чения которой подсоединена с помощьюобщей шины к одной иэ выходных клеммпреобразователя, цепь из последовательно соединенных источника опорного .напряжения, дросселя и тиристорного15ключа с принудительной коммутацией,подключенную соответственно к катодуи аноду диода, и блок управленияисточником опорного напряжения, выходкоторого подсоединен к управляющемувходу источнике, которое снабженоблоком задания уставки и датчикомтока, под оединенным своими входамико второй входной клемме преобразователя и к катодудиода, а выходдатчика тока подключен через блок25задания уставки ко входу блока управления источником опорного напряжения.Датачик тока известного устройствавыполнен на основе закрепленного надиэлектрической пластине магнитодиодас последовательно соединенным первымрезистором и операционного усилителя,1121038 3с магнитоуправляемыми контактами закреплена на штоке из диэлектрика,снабженном механизмом регулирования угла. Блок задания установки выполнен на;операционном усилителе, инвер тирующий вход которого подсоединен через первый резистор к входной клемме и через цепь из параллелвно соединенных второго резистора и стабилитрона - к его выходу, а неинвертирую- . 10 . щий вход усилителя подсоединен через третий резистор к общей шине и через . четвертый резистор - к движку пятого переменного резистора, выходы которого подсоединены к клеммамдля подклю чения источников питания 11 .Недостатками известного устройстваявляются ограниченные возможности, обусловленные невысоким быстродействием и отеутствием зависимой от характера перегрузки задержки срабатывания,. а также .значительные потери энергии при коротких замыканиях. Цель изобретения - уменьшение25 потерь энергии и расширение функциональных возможностей путем повышения быстродействия и создания зави-. симой от характера перегрузки .задержки срабатывания. 30Указанная цель достигается тем, что в устроство для защиты преобразователя введены датчик скорости изменения тока, компаратор, блок регулируемой задержки, двухвходовой 35 элемент ИЛИ и блок управления тиристорным ключом, при этом вход датчика скорости изменения тока предназначен для включения в выходную цепь преобра эователя, выход. через компаратор подключен к первому входу элемента ИЛИ,. второй вход. которого через блок регулируемой задержки соединен с выходом датчика тока, а выход через , блок управления тиристорным ключом подключен к управляющему входу тиристориого ключа с принудительной коммутацией.Кроме того, в устройство может быть введен блок контроля и сигналй зации аварийного режима, подключенный своими входами соответственно к вы". ходам компаратора и блока. регулируемой задержки.В устройство также может быть введен . 55 блок контроля тока (амdер-часов), вход которого подключен к выходу датчика тока. 4Датчик скорости изменения тока может быть выполнен в виде М закрепленных на диэлектрической пластине магнитодиодов, (8+2) резисторов, кон-. денсатора и операционного усилителя, причем аноды всех магнитопроводов соединены с положительным выводом для поключения источника питания, каждый-из катодов - через соответствующий иэ Й резисторов соединен с первым .выводом конденсатора. вторым выводом подключенного к инвертирующему входу операционного усилителя, соединенному с его входом через (1+1)"й резистор, а неинвертирующий вход операционного усилителя через (8+2)-й резистор подключен к шине нулевого потенциала.Компаратор может быть выполнен в виде операционного усилителя, диода, стабилитрона, потенциометра и трех резисторов, при этом инвертирующий . вход операционного усилителя через включенные параллельно диод и стабилитрон соединен с его выходом, через первый резистор подключен к входному выводу, через второй резистор соединен с подвижным. контактом потенциометра, соединенного .с выводами для подключения источника питания, а неинвертирующий вход операционного усилителя через третий резистор соединен с шиной нулевого потенциала. Блок регулируемой задержки можетбыть выполнен в виде операционного усилителя, диода, стабилитрона, потенциометра, конденсатора и трех резисторов, при этом инвертирующийвход операционного усилителя черезвключенные параллельно диод и стабилитрон соединен с его выходом,через первый резистор подключен к входному выводу, через конденсатор соединен с шиной нулевого потенциала, через второй резистор подключен к подвижному контакту потенциометра, соединенному с выводами для подключения источника питания, а неинвертирующий вход операционного усилителя через третийрезистор соединен с шиной .нулевого потенциала.Блок контроля и сигнализации ава рийного режима может быть выполнен. в виде двух индикаторов, двух тиристоров и кнопки с размывающими контактами, при этом первые:выводыиндикаторов через контакты кнопкисоединены с положительным выводом для подключения источника питания, вторые выводы соответственно подклю . чены к анодам тиристоров, катоды которых соединены с отрицательным 5 выводом для подключения источника питания; а управляющие электроды тиристоров соединены с входнымивыводами блока.На фиг. 1 представлено устройство 10 для защиты преобразователя; на фиг. 2 - схема датчика скорости изменения тока; на фин. 3 - схема компаратора; на фиг. 4 - график, поясняющий работу компаратора; на фиг. 5 - схема блока регулируемой задержки; на фиг, 6 - временные диаграммы, поясняющие работу блока регулируемой задержки; на фиг, 7 - схема блока контроля и сигнализации.20Между преобразователем 1 и нагрузкой 2 подсоединен обратно включенный диод 3 по отношению к току на выходе преобразователя. Параллельно25 диоду 3 подключена цепь из последовательно соединенных источника опорного тока 4, тиристорного ключа с принудительной коммутацией 5 и дрос-. селя 6, причем элементы 3 и 4 включены согласно, датчик скорости измене- З 0 ния тока 7 и датчик тока 8 установлены на выходе преобразователя 1. Выход датчика скорости изменения тока 7 подключен к входу компаратора 9, а выход датчика тока 8 подключен 35 к блоку контроля тока преобразователя 10, к блоку регулируемой задержки 11 и блоку задания уставки 12, выход которого подключен к входу блока управления 13 источника спор ного тока 4, Входы блока контроля и сигнализации аварийного режима 14 подключены соответственно: первый - к выходу компаратора 9 и первому входу элемента ИЛИ 15, второй - к 45 выходу блока регулируемой задержки 1 1 и второму. входу элемента ИЛИ 15, Выход элемента ИЛИ 15. подключен к входу блока управления 16 тиристорным ключом с принудительной коммутацией 5. БОПри нормальной работе преобразова" теля 1 ток на его выходе 3 равен току нагрузки Зн и меньше тока срабатывания защиты 3 с 3 .( Эг н ( ( Эсз ). В этом режиме опорный ток Ы 3 , создаваемый источником опорногоопттока 4, больше тока нагрузки на й 3 3 ов - у . Сигнал с выхода датчика тока 8 в блоке задания уставки 12 суммируется с сигналом, пропорциональным току ДЗ, и поступает на вход блока управления 13 источника опорного тока 4. Величина опорного тока Эоп пропорциональна суммарному сигналу управления и при изменении тока нагрузки от нуля до Зсз опорный ток изменяется от йЭ до Эсз, В нормальном режиме работы преобразователя скорость изменения опорного тока 33/фй должна быть больше или равна скорости изменения тока нагрузки 03 н /сЫ, чтобы исключить ложное срабатывание защиты.При перегрузке ток преобразователя становится больше опорного 3 73 щ, = :3 и диод 3 запирается, Ток преобразователя протекает по цепи, шунтирующей диод,3, Скорость нарастания тока при этом ограничивается дросселем 6. Если перегрузка кратковременна, ее кремя не превышает время задержки 1;,, преимущественное для данйого преобразователя, то защита не отключает преобразователь. После исключения кратковременной перегрузки преобразователь 1 переходит в нормальный режим. Время задержки определяется для каждого преобразователя и устанавливается блоком задержки 11.При длительности перегрузки, превыщающей заданную Ф ) 1 з на выходе блока регулируемой задержки 11 появляется сигнал, поступающий на второй вход элемента. ИЛИ 15, на выходе которого появляется сигнал, поступающий на вход блока управления 16 тиристорным ключем с принудительной коммутацией 5. Последний срабатывает, разрывает цепь шунтирующую диод 3 и ток в цепи преобразователя 1 и нагрузки 2 прекращается. Кроме того, сигнал с выхода блока регулируемой задержки 11 поступает также на второй вход блока контроля и сигнализации аварийного режима 14, который сигнализирует об аварийном режиме и о том, что аварийным режимом является перегрузка преобразователя 1.При коротком замыкании в нагрузке 2 на ее входе или между токопроводами постьяиного тока, соединяющими устройство для быстродействующей защиты и нагрузку 2, скорость изме" нения.тока преобразователя 03 / сИ больше скорости изменения тока наг1127038 положительной клемме источника питания Оф, а катоды через соответствующие резисторы (И+17) - 2 (И+16) подключены к первой пластине конденсатора (28+17), вторая пластина которого подключена к инвертирующему входу операционного усилителя(2 К+18). Выход операционного усилителя (2 +18) через резистор (2 М+19) отрицательной обратной связи под-ключен к инвертирующему входу операционного усилителя (2 М+18). Общаяточка питания операционного усилите-. ля (28+18) и источника питания через резистор (28+20) подключена к неин-. вертирующему входу операционного усилителя (2 М+18)При подаче питания на схему датчика 7 скорости изменения тока через магнитодиоды 17 - (8+16) .в прямом направдении начинает протекать ток, который создает в магнитодиодах 17 - (8+16) падение напряжения. Величина падений напряжений на магнитоди-, одах зависит от тока, протекающего по ндм, а последний зависит от величины по-, перечного магнитного поля, соэдаварузки в нормальном режиме работы преобразователя ЗЭ / НФ ) ЗЭ /сИ . Сигнал пропорциональной скорости изменения тока на выходе преобразователя 1 поступает с выхода датчика 5 скорости изменения тока дЭп / сй 7 на вход компаратора 9, Компаратор 9 настроен так, что при скорости изме-. нения тока сО /Ф, соответствующей нормальному режиму работы преобразо вателя 1, на его выходе сигнал отсутствует. При коротком замыкании3 Э /М больше порогового значения (аэ /аь) - (аэ /м) , паратор 9 срабатывает, сигнал с его 15 выхода поступает. на первый вход элемента ИЛИ 15, который запускает блок управления 16 на отключение тока короткого замыкания тиристорным ключом с принудительной коммута-. 20 цией 5. Сигнал с выхода компаратора 9 поступает также на первый вход блока контроля и сигнализации аварийного. режима 14, который сигнализирует, что произошло короткое замыкание и сработало устройство защиты,Из анализа работы схемы (фиг. 1) видно, что предлагаемое устройство обеспечивает повышение быстродействия защиты при возникновении коротких 1 ф замыканий,так как независимо от величи-. нытока нагрузки,предшествующей возникновению короткого замыкания, устройство срабатывает, сразу же, .не дожидаясь возрастания тока преобра-. 35 зователя до величины тока срабатыва,ния защиты Эс 5 . Быстродействие тем выше, чем меньше ток нагрузки в предаварийный режим, Кроме того, .снижаются потери мощности при.корот О них замыканиях, обусловленные тем, что в .известных устройствах при возникновении короткого замыкания ток вначале возрастает до тока срабатывания защиты, затем происходит его "5 ограничение и отключение. В этом сдучае происходит потребление электро- . энергии из сети преобразователем; которая зависит от начального тока нагрузки и мощности преобразователя,. и 50 потребление электроэнергйи устройством защиты. Длямощных преобразователей и часто возникающих коротких замыканий эта величина может быть значительна,. .В предлагаемом устройстве, как только:. 55роизошло короткое замыкание, происодит отключение преобразователя, не дожидаясь увеличения тока преобраэователя до тока Зсз , поскольку контролируется дЭ/дФ.Предлагаемое устройство повышает надежность преобразователя и быстродействующего устройства защиты, так как практически исключается протекание токов .при коротком замыкании боль. ше токов, соответствующих току срабатывания защиты. Обеспечивается также задержка на срабатывание устройства защиты при перегрузке, которая зависит от величины последней. Время задержки тем меньше, чем больше перегрузки. Это исключает преждевременное отключение преобразователя при кратковременных проходящих перегрузках, а также перегрев вентилей преобразователя и преждевременный выход их,иэ строя, что в конечном итоге тоже-.повышает надежность преобразователя.На йиг. 2 представлен датчик 7 скорости изменения тока на выходе преобразователя 1, выполненный на й магнитодиодах с применением операционного усилителя; Магнитодиоды 17 - (8+16) закреплены на пластине, помещенной в магнитном поле шины на выходе преобразователя, и расположены на различных расстояниях или под опре деленными углами к шине. Аноды маг" нитодиодов 17 (й+16) подключены к112703величине отрицательный сигнал -Оравен падению напряжения на диодеющим входом операционного усилителя емого шиной преобразователя. В результате изменения тока преобразователя 1 изменяется входное напряжение на левой обкладке конденсатора (2 М+ . +17) Ое и, следовательно, напря жение на выходе операционного усилителя (28+18) Оаыравно ему( ) - сИвх /сИ ф где - йуМ+з С 2 М+17 так как операционный усилитель (2 М+18) совместно с конденсатором 10 (2 М+17) работают в режиме аналогового дифференциатора. Если ток на выходе преобразователя 1 не меняется, то сигнал на выходе операционного усилителя (2 М+18) равен нулю. И 15 только при изменении тока преобразователя на выходе усилителя (2 М+18) появляется сигнал, величина которого пропорциональна скорости изменения тока преобразователя Ощ, =-сЦ/юй. 20 Вместо магйитодиодов могут быть использованы и другие магнитоуправляемые полупроводниковые элементы, например, магвиторезисторы или магнитотранзисторы, 25На фиг. 3 представлена схема компаратора, выполненного на .операционном усилителе (2 М+24), а на фиг.- график, поясняющий работу компаратора. 30Выход операционного .усилителя (2 М+24) через параллельно соединенные стабилитрон цепи ограничения .(2 М+25) и диод (21+26) соединен с инвертирующим входомоперационного усилителя (2 М+24),. который через резистор (2 Н+22) подключен к выходу датчика .7 скорости изменения тока ( Оа ) преобразователя 1, а через резистор (28+23). подключен к под вижному контакту переменного резистора (2 М+21), на который подается нап- ряжение О, общая точка питания операционного усилителя (28+24) через резистор (2 М+27) подключена к неннвер 45 тирующему входу операционного усилителя (2 И+24).Операционный усилитель (2 М+24) работает в режиме сумматора с ограничением выходного сигнала. На нивен тирующий вход поступает сигнал Оз, пропорциональный Зн с датчика скорости изменения тока преобразователя, и напряжение смещения Ою, пропор". циональное скорости изменения тока 55 преобразователя при коротком замыка- . нии (дЭп /Ф). Эти сигналы раэнополярны и суммируются операционным 810,усилителем (2 м+24). При нормальном режиме преобразователя ЮЗ / М с (ИЭя/Й), следовательно (0,1 11 Оз 1 по величине и на выходе операцнонногоусилителя незначительный по(2 М+26). При коротком замыканииШпор/ / Ов и на выходе операционного усилителя (2 М+24) появляетсяположительный сигнал О, , равныйпо величине Ос напряжению ограничения стабилитрона (2 М+25).. На фиг. 5 представлена схема блока регулируемой задержки, выполненная на операционном усилителе (2 К+32),а на фиг. 6 ввременные диаграммы,поясняющие его работу,Выход операционного усилителя(2 М+32) через параллельно соединенныестабилитроны цепи ограничения (2 М+33)и диод (2 М+34) соединен с инвертиру(2 К+32), инвертирующнй вход усилителя (2 И+32) через резистор (2 Н+29) подключен к выходу датчика 8 тока (Оз), через резистор (2 М+30) - к подвижному контакту переменного резистора (28+28), на который подается напряжение О, а через конденсатор (2 М+31) - к общей точке питания операционного усилителя (2 М+32), кото- рая через резистор (2 М+35) подключена к неинвертирующему входу операционного усилителя (2 М+32).Операционный усилитель (28+32) работает в режиме сумматора с ограничением выходного сигнала. При кратковременной перегрузке преобразователя 1 на выходе датчика тока 8 появляется сигнал, пропорциональный току преобразователя. Этот сигнал Оз поступает на вход блока реализуемой задержки 11, Непосредственно на входе операционного усилителяпроисходит суммирование двух сигналов, порогового 0, н напряженияна конденсаторе (2 М+31), которые направлены встречно. Напряжениена конденсаторе (2 М+31)Ос равно Оминус падение напряжения на резисторе (2 К+29) и изменяются по экспоненциальному закону с постояннойвремени Т =Йэяэ Ся+, Еслиперегрузка отсутствует, то /Ор /Щ и на выходе усилителя (28+32)незначительный отрицательный сигналЬОз. При перегрузке преобразователя/О ) с/ 0 (, конденсатор заряжается по экспоненциальному закону (фиг. 6) и при равенстве Од = О на выходе операционного усилителя (28+32) появляется положительный сигнал. Время задержки на появление сигнала зависит от величины перегрузки (фиг, 6) и тем меньше, чем больше перегрузка, соедовательно, чем больше входной сигнал Ое.10На фиг. 7 представлена схема блока контроля и сигнализации. Схема . выполнена на двух тиристорах (2 М+36) и (2 М+38), катоды которых подсоеди. нены к отрицательному полюсу источника питания 0 , а аноды через катушки реле (2 М+37) и (2 И+39) и размыкающую кнопку (2 М+40) подсоединены к положительному полюсу О+ источника питания. При коротких 20 замыканиях сигнал с выхода компара, тора поступает на управляющий электрод тиристора (2 М+36), тиристор открывается, подключает катушку реле (2 М+37) к источнику питания, реле срабатывает и сигнализирует а режиме короткого замыкания. При перегрузках сигнал с выхода блока регулируемой задержки.11 поступает на управляющий электрод тиристора (2 М+38) и реле ЗО (2 М+39), срабатывая, сигнализирует о возникновении перегрузки. После устранения аварийного режима необ" ходимо нажать на кнопку (28+40), чтобы привести схему в исходное соетояние. Для исключения срабатывания двух реле (2 М+37) и (2 М+39) одновременно может быть использована взаимная блокировка.Предлагаемое устройство для защи" ты преобразователя повышает быстродействие и снижает потери мощности электроэнергии при коротких замыканиях, а также обеспечивает зависимую задержку при перегрузке преобразователя. Кроме того, его применение повышает надежность путем исключения больших токов, прбтекающих по вентилям преобразователя, а также КПД электроустановки в целом. Использование магнитоуправляемых полупроводниковых приборов в датчике скорости изменения тока позволяет осуществлять контроль скорости изме" нения тока преобразователя без разрыва силовой цепи, а также повысить безопасность обслуживания преобразователя. Использование операционных усилителей в датчике скорости изме- . нения тока, в компараторе и в блоке регулируемой задержки обеспечивает малое потребление электроэнергии, минимизацию их массо-габаритных показателей и получение всех положительных свойств, присущих микросхемам.1127038 Составитель В.Техред М.Кузык ок Редакт шетн о акая 8751(4 В 4(5 130"Патентф, г. Ушгород, ул. Проектная филиал ППП Тираа 613НИИПИ Государственного о делам изобретений Москва, 3-35.,:Раув Корректор Г,ЮЮЙВПодвесноеСССР комитетаи откритийкая наб.