Устройство защиты от перенапряжений для вентильных преобразователей тока с гашением от сети

 

g(59 Н 02 Н 7 12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 777047 9/07 89) 142832 ГДР (22) 27.02 ° 79 (31) фР Н 02 Н/204496 (32) 30.03.78 (33) ГДР (46) 15.08.83. Бюл.РЗО (.72) Уленхут Герд (ГДР ) (71 ) "ФЕБ Электропроект унд Анлавен бау Берлин" (ГДР ) (53) 621.314..925(088.8) (54 )(57) 1. УСТРОИСТВО ЭАЩИТЫ ОТ

ПЕРЕНАПРЯЖЕНИИ ДЛЯ ВЕНТИЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ТОКА С ГАШЕНИЕМ

ОТ СЕТИ, от которых запитываются потребители с большой индуктивностью, в частности, для преобразователей с управляемьжи вентилями, or которых запитываются реверсивныежриводы. причем преобразователь имеет в цепях питания участки переключения„ на стороне сети включены элементы защиты от перенапряжений, а также схема управления импульсами зажигания для вентилей преобразователя, а на стороне постоянного тока параллельно каждому потребителю — нелинейный элемент аащиты от перенапряжений и цепь развозбуждения, причем схема развозбуждения содержит последовательно включенное ограничительное сопротивление и группу вентилей развозбуждения, имеющую по одному вентилю, управляемому через импульсный усилитель, для каждого направления тока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в цепь развозбуждения последовательно с ограничительным сопротивлением Я и группой вентилей развозбуждения МВ,Ч включен ней ъ - %2 линейный демпфирующкй дроссель 1.Ес боль. дой начальной индуктивностью, и что устройство защиты от перенапряжений ском бинировано со схемой обработки информации 4, состоящей из импульсного генераора 5, схемы регулирования угла, „„SU„„1035719 A! ,управлейия б и измерителя эффективной длительности 7, причем импульсный генератор 5 имеет по одному входу для восприятия напряжения на стороне сети и на стороне постоянного тока 5;„, 5;, а выходы импульсного генератора 5 соединены одновременно с импульсным усилителем 9.для управления вентилями развозбуждения, со схемой регулирования угла управления б, выход которой связан со схем мой управления импульсами зажигания

2, и с измерителем эффективной длительности 7, выход которого связан с участком переключения 3 на стороне сети.

2. Устройство по п.1, о т л и — Q ч а ю щ е е с я тем, что входы 5; .5„ импульсного генератора 5, предназначенные для восприятия напряжения на стороне сети и на стороне C: постоянного тока, связаны логической схемой ИЛИ и соединены с форми- Я рователем порога, и что запуск схемы управления вентилями развозбуждения с помощью последовательности импульсов осуществляется с задерж- аиюг кой.

3. Устройство по п.1, о т и и— ч а ю щ е е с я тем, что в схеме регулирования угла управления б из первого импульса импульсного генератора 5 формируется ограниченный по времени сигнал, который обеспечивает в схеме управления импульсами зажигания 2 регулировку импульсов зажигания примерно на 90 эл.град.

4. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что измеритель,юЯ эффективной длительности 7 содержит счетчик импульсов, которыи после прохождения определенного числа им-. пульсов выдает сигнал на отключение вентильному преобразователю тока.

5. Устройство по п.4, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, число импульсов, на основании которого

1035719 выдается сигнал на отключение преобразователя, зависит от среднего интерва.-а между импульсами таким абра1

Изобретение касается устройства для защиты вентильных преобразователей тока, от которых запитываются потребители с большой индуктивностью ат коммутационных перенапряжений. 5

В потребителях с большой индуктивнастью (1:. Гн ), например, обмотками возбуждения машин постоянного тока накапливается энергия порядка 10З-10 Дж. При отключении, т.е. при iG прерывании цепи тока, эта энергия преобразуется в тепловую энергию.

Эта происходит при возникновении электрической дуги в месте переключения, и поэтому напряжение на потре- 5 бителе возрастает настолько, что электронные приборы вентйльного преобразователя така выходит из строя...

Для предотвращения этого отрицательного эффекта необходимо открыть путь току потребителя в момент отключения через, элементы схемы таким образом, чтобы преобразование энергии протекало без возникновения опасного перенапряжения. На примере эквивалентной схемы {фиг.1 ) преобразователя тока с вентилями V в трехфазной мостовой схеме с шестью тиристорами поясняются известные в настоящее время предприн й4ймйе,меры и их недоста ки. Участки переключения S — это разме 30 ценные в. вентильном преобразователе или перед ним выключатели или предохранители, которые могут срабатывать в любой комбинации, В частности, выклю чателями S 1 могут быть, например,,35 такие устройства, как.,например, контакторы, в цепях питайия РДтвентильного преобразователя, в то время как выключатели 5 2 могут быть,,главным образом, предохранителями в ответвлен- 4О ных цепях. Потребитель 1 представлен последовательно включенными Р и (, расположение нуль -вентиля М (диод} параллельно потребителю 1 приводит к тому, что напряжение на цотребите 45

|ле, 1 близко к нулю. Однако на режим работы вентильного преобразователя оказывается влияние вследствие того, что инверторный режим больше невозможен (размагничивания L,oòðèöàòâëü- i50 ным напряжением на потребителе ). Анти параллельное включение второго вентильного преобразователя (реверсивный режим ) невозможно, так как нульвентиль Vg замыкает его накоротко, 55 зом, чта при большем интервале между импульсами сигнал отключения не выдается.

Включение параллельного резистора рр обеспечивает удержание перенапряжений в допустимых пределах, если сопротивление параллельного рез истора

Рр ограничивается 3-4-кратным значением сопротивления потребителя Я .

Однако вследствие потерь мощности на параллельном резисторе Р коэффициент полезного действия всей схемы снижается на 25-30%. Кроме того, значительно ухудшается динамическая характеристика (зависимость тока

1 от времени ).

Введение в схему нелинейного элемента R обеспечивает в соответствии с вольт-амперной характеристикой используемых полупроводниковых приборов (варисторы, селеновые ограничители ) ограничение перенапряжений до допустимого значения. Мощность потерь при нормальном режиме (номинальное напряжение на элементе ) также весьма мала. Однако эти элементы могут преобразовывать лишь незначи-, тельную часть накопленной ъ потребителе энергии и дойустймое время протекания тока через них невелико.

Введение в схему управляемого кульвентиля Ч (тиристор ) часто HcEIoJIb зуется для ограничения напряжения.

При превышении определенного перенапряжения при отключении тиристор V зажигается и работает как нуль-вен- тиль.

В вентильных преобразователях, которые не содержат выключатели .S2 (преобразователи.с предохранителями в ответвленных цепях), по крайней мере тиристоры V3 (фиг. 1) работают как управляемйе нуль-венти= ли, что обеспечивается схемой зажигания в соответствии с зажиюанием 4g<(DC AS 1 283 358). Однако схема с уйравляемьми нуль-вентилями в условиях реального режима преобразователя имеет некоторые недостатки, которые сказываются на надежности работы. В условиях реального режима схема вентильного преобразователя тока согласно фиг.1 дополняется конденсаторами, которые служат для подавления так называемого эффекта скопления носителей и для устранения помех, создаваемых радиоприему, и кро ме того, к входным выводам преобразователя подключено устройство управления, вырабатывающее импульсы за1035719 жигання. Отрицательные явления, возникающие в этом случае, поясняются на примере двухполупериодной мостовой схемы вентильного преобразователя тока (фиг 2) с конденсатором С на входе, который представляет собой 5 эквивалент названных конденсаторов в преобразователе. Ва зходе преобразователя включен нелинейный элемент

p„::, защищающий преобразователь, глав нйм образом, от перенаПряжений в се- 10 ти.

В момент отключения участком переключения &1 вентили Ч1.1 и Ч2..2. преобразователя должны быть отпертыми. Ток 1 нелинейного элемента ЙН за-15 ряжает конденсатор С до перенапряжения, падакщего на Р ф в направлении стрелки ). Управляемый нуль-вентиль зажигается, .а именно с задержкой, чт3бы при нормальном режиме не проис-20 ходило зажигание вследствие перенапряжений в сети. При зажигании управляемого нуль-вентиля Ч вентили преобразователя Ч 1. 1 и V 2. 2 запираются, устройство управления 2 запитывается от конденсатора и зажигает .вентили преобразователя Ч 1.1 и Ч 2.2, вследствие чего нуль вентиль

1ф анирается отрицательным импульсом анодного напряжения Ug-в направлении стрелки 30

Теперь ток i течет в обратном направлении через нелинейный элемент Йн, конденсатор С перезаряжает- . ся и, если динамическая характеристи. ка.схемы регистрации перенапряжения ЗЗ5 обеспечивает. зажигание нуль-вентиля

Vg, то процесс повторяется. Енли нуЛь-вентиль Vg не зажигается, то ток течет постоянно, изменяя толь,ко направление через нелинейный эле- ф) мент 9„..

Такищ образом, схема вентильного преобразователя тока с гашением от сети при отключении участком переклю чения $1 работает далее как инвертор с самогашением с притоком энергии от индуктивности . потребителя 1, причем нелинейный элемент й„перегружается при преобразовании энергии, и устройство управления находится

:под перенапряжением недопустимодолго.50

Этбт колебательный эффект приводит,в; трехфаэной мостовой схеме к другим дополнительным отрицательным явлениям. При пре ывании одной .из geneR питания (срабатывание одно- 55

ro иэ выключателей S1 на фиг.1) вентильный преобразователь тока в условиях колебательного рюкима вследствие питания через оставшиеся цени питания еще может создавать ток иа- 60 грузки, и амплитуда перенапряжения на стороне сети преобразователя вы« ше, чем на стороне выхода.

Другой недостаток заключается в том, что вследствие зажигания Ы управляемого нуль-sea Tata + nepeaaпряжением в сети через нуль-вентиль

V создается цепь короткого замыкания, в.частности при антипараллельном включении второго преобразователя.

Обычно для ограничения тока последовательно с нуль-вентилемЧц, включается резистор и подавляется формирование импульсов зажигания в устройстве управления. Однако последняя мера приводит к нарушению режима работы.

Цель изобретения — повышение на.дежности работы вентильных.Преобразователей тока.

Задача изобретения состоит в том, чтобы создать .эффективное в реальных условиях эксплуатации вентильного преобразователя тока и исключающее нарушение режима работы устройство защиты вентильных преобразователей тока с гашением от сети, питающих потребители с большой индуктивностью от перенапряжений, которые возникают вследствие переключательных операций в участках переключения, относящихся к преобразователям.

Укаэанная цель достигается тем, что согласно изобретению, задача решается тем, что в цепь развозбуждения, состоящую из последовательно включенного ограничительного сопро тивления и группы вентилей развозбуждения, последовательно включен нелинейный демпфирующий дроссель с большой начальной индуктивностью, и устройство эзщнты от перенапряже.ний скомбинировано со схемой, состоящей из импульсного генератора, схемы регулирования угла управления и измерителя эффективной длительности, импульсный генератор имеет по одному входу для восприятия напряжения на стороне сети и на стороне постоянного тока и выходы сигналов, которые соединены одновременно с импульсным усилителем для управ,ления вентилями развозбуждення со схемой регулирования угла управле ния, которая соединена по выходу сигнала с устройством управления импульсами зажигания и с измерителем эффективной длительности.

Входы импульсного генератора, пред назначенные для восприятия на ряжбния .на стороне сети и на стороне постоянного тока, связаны логической схемой ИЛИ и соединены с формирова+ телем порога, а запуск схемы управления вентилями развозбуждения последовательностью импульсов осуществляется с задержкой.

В схеме регулирования угла управления из первого импульсного генератора образуется ограниченный по времени сигнал, который устанавливает

1035719 икнул зажигания в схеме управления импульсами зажигания примерно на 90 эл.град.

Измеритель эффективной длительности имеет: счетчик импульсов, который

5 выдает сигнал отключения для вентиль- -> ного преобразователя после прохождения определенного числа импульсов.

При этом число импульсов, на основе которого отключается преобразователь, зависит от среднего интервала l0 между импульсами, именно так, что при следовании импульсов с большими интервалами сигнал на отключение не выдается.

Изобретение поясняется на примере )5 его осуществления.

Известная встречно-параллельная схсма вентильного преобразователя тока (фиг.З) состоящая из 12 вентияей Ч и обычным набором конденсаторов (не изображены) для подавления эффекта скопления носителей и для устранения помех,.создаваемых радиоприему, участков переключения

Б 1 и 52 и сетевого выключателя 53, обычных нелинейных элементов защиты на стороне сети д, схемы управ) ).13 ления импульсами зажигания 2 и высокоинцуктивного потребителя 1 с омической и индуктивной нагрузкой и („, снабжена устройством защиты,. состоящим из известных вентилей разэозбуждения с встречно-параллельными тиристорамиVE иЯЕ включенныС ми последовательно с ограничительным сопротивлением 9< и демпфирующим дрос-35 селом .. сo -.. асно изобретению. Параллельйо потребителю 1 и описанному устройству защиты включен нелинейный элемент Rп>,. устроисгво защиты состоит из схе- 40 мы обработки информации 4, состоящей из импульсного генератора 5, схемы регулирования угла управления 6 и измерителя эффективной длительности 7 и запитываемой от блока 45 питания 8, который предпочтительно выполняется таким образом, что его выходное напряжение сохраняется при обесточивании цепи питания или при замыкании этой цепи с другой цепью питания.

Импульсный генератор 5 воспринимает через связанные логической схемой ИЛИ входы 511 и S) 2 напряжение на стороне входа и выхода вентильного преобразователя тока ; В случае-. пренышения заданного порога на протяжении этого превышения вырабатывают. ся прямоуголь ные импульсы длительность около 100 мкс, интервал около

250 мкс ), которые через импульсный бО усилитель 9 подаются на управляющий вывод зажигаемого вентиля развозбуждения 9Б и приводят к включению цепи вен% иля развоэбуждения. Для исключения формирования импульсов при малой длительности перенапряжения в сети, которое не является следствием переключательных операций на участках переключения 51- ЗЗ, возбуждение импульсного генератора осуШествляется с задержкой, так что в случае переключательной операции нелинейные элементы Р„. и Й,, во время между моментом возникнове «»я перена пряжения и его подавления путем включения цепи вентиля развозбуждения должны преобразовывать лишь незначи= тельную часть энергии, запасенно ., индуктивностью, потребителя 1. Путем формирования последовательности импульсов обеспечивается образование цепи развозбуждения также в том случае, если вследствие длительного перенапряжения в сети, например ввиду отключения находящегося в той же сети вентильного преобразователя с высокоиндуктивным потребителем, импульсный генебатор возбуждается, а юатем осуществляются переключа,тельные операции на участках переключения S 1- 53. Для исключения нару шения режима работы, проявляющегося в том, что именно при встречнопараллельных схемах вентильных преобразователей происходит возбуждение перенапряжением в сети, а вследствие включения цепи развозбуждения возникает дополнительная нагрузка, обусловленная наличием ограничительного сопротивления Р в схеме регулирования угла управления 6 при поступлении первого импульса из импульсного генератора формируется кратковременный (около

30 мс) управляющий сигнал, который приводит к установке в схеме управления импульсами зажигания 2 импульсов зажигания для вентилей преобразователя примерно на 90 эл.град.

Благодаря этому на выходе вентильного преобразователя существует практически только переменное напряжение, открытый вентиль развозбужденияМ запирается отрицательным напряжением на аноде, и после прекращения управляющего сигнала вновь восстанавливается нормальный режим. работы. Измеритель эффективной длительности 7 регистрирует время существования перенапряжений путем подсчета импульсов импульсного генератора 5 и после прохождения определенного числа импульсов выдает сигнал на отключение вентильного преобразователя на участке переключения эЗ в том случае, если, в частности, ввиду обесточивания цепи питания постоянно возникает уже описанный колебательный эффект и приводит к недопустимо длительной перегрузке перенапряжением.

В соответствии с зависящей от вре мени устойчивостью к перегрузке

1035719

1иг.f нелинейных злементовР„ иК„2 число импульсов, которое ведет к отключению, зависит от среднего интервала, а именно: сигнал на отключение не выдается, если импульсы следуют с большим интервалом. 5

Благодаря введению в схему демпфирующего дросселя Ь предотвращается запирание как раз открытого вентиля развозбуждения ф при колебатель ном эффекте. Путем coOÎõâåòñTàóþùåãî 19 выбора параметров демпфирующего дросселя 4 исключается переход тока через нуль вследствие возникновения описанного отрицательного импульса анодного напряжения при. колебательном эффекте. Для обеспечения эффекта демпфирования демпфирующий дроссель 4 при малом токе должен иметь большую индуктивность, а при большом токе - малую индуктивность. Поэтому демпфирующий дроссель выполнен в виде так называемого нелинейного дросселя с зависимой от тока ин. дуктивностью, как это необходимо для обеспечения работы схемы регулирования угла управления, где, в свою очередь требуется, как можно меньшая индуктивность.

Применение предлагаемого. Устройства защиты от перенапряжений не ограничивается только схемами вентильного Ю преобразователя тока согласно фиг.1 и фиг.3 но также предпочтительно,,например, для двухполупериодной мостовой схемы или трехполупериодной схимы со средней точкой, а также для вентильных преобразователей; работающих в одном направлении, Если вентильный преобразователь не имеет участка переключенияЯ2, то воспринимается только сигнал по входу Si 1 на стороне сети преобразователя, и нелинейный элемент на стороне постоянного тока Й„ можно заменить высокоомным сопротивлением для предотвращения перенапряжений, обуславливаемым остаточными токами, причиной которых является удерживающий ток тиристоров V и V

Вместо непосредственного вЗсприятия напряжения ток можно подавать. через нелинейные элементы в виде воздействия нагрузки перенапряжения на выходы сигналов 5 1 и Si2.

Устройство защиты от перенапряжений работает описанным образом также в том случае, если вместо нелинейных элементов используются аккумуляторы энергии в виде конденсаторов с обеспечением одностороннего действия, причем под обеспечением односторонне. го действия понимается, например, подключение через мостовую выпрямительную схему.

Признано изобретением по результатам экспертизы, осуществленной ведомством по изобретательству Гер манской Демократической Республики.

1035719

Т

Составитель В. Жмуров

Редактор С. Тимокина Техред В.Далекорей Корректор A.Ôåðeíö

Заказ 5840/55 Тираж 617 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4