Устройство для защиты тиристорного инвертора (его варианты)

 

1. Устройство для защиты тиристорного инвертора, содержащее датчик входного тока, выполненный в виде магниточувствительного элемента, предназначенного для установки вблизи токоведущей шины, и пороговый элемент, вход которого .присоединен к магниточувствитед ьному элементу, а выход - к исполнительному органу защиты/ отличающееся тем, что, с целью повышенияпомехоустойчивости и быстродействия при внутренних коротких замыканиях в инверторе , в него введен блок задания режима работы входного датчика тока, а.во входной датчик тока введен магнитопровод , выполненный шихтованным и снабженный дополнительной обмоткой, причем магниточувствительный элемент установлен в зазоре магнитопровода, охватывающего входную токоведущую (g шину, дополнительная обмотка которо (Л С го подключена к выходу блока задания режима работы входного датчика тока. fM сл ;о СП 4

0% (11) СОЮЗ СООЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

359 H 02 Н 7 122

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙ (21) 3504996/24-07 (22) 26.10,82 (46) 07.01.84. Бюл. Р 1 (72) A.В.Иванов, П.С.Ройзман, A.Х.Узянбаев и А.М.Уржумсков (71) Уфимский авиационный институт . им.Орджоникидзе (53) 621. 316.925.4: 621. 314.572 (088.8) (56) 1. Глух Е,М., Зеленов В.Е. 3ащита полупроводниковых преобразователей. Энергоиздат, 1982, с. 106-107.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 796983, кл. Н 02 Н 7j10 1979. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗА11(ИТЫ ТНРНСТОРНОГО HHBEPTOPA (ЕГО BAPHAHTbl). (57) 1, Устройство для защиты тиристорного инвертора, содержащее датчик входного тока, выполненный в виде магниточувствительного элемента, предназначенного для установки вблизи токоведущей шины, и пороговый элемент, вход которого присоединен к магниточувствительному элементу, а выход — к исполнительному органу защиты, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости и быстродействия при внутренних коротких замыканиях в инверторе, в него введен блок задания режима работы входного датчика тока, а.во входной датчик тока введен магнитопровод, выполненный шихтованным и снабженный дополнительной обмоткой, причем магниточувствительный элемент установлен в зазоре магнитопровода, охватывающего входную токоведущую щ шину, дополнительная обмотка ко орого подключена к выходу блока задания режима работы входного датчика тока.

1065954

ЗО

2, Устройство по п, 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок задания режима работы входного датчика тока выполнен в виде резистора, сопротивление которого обратно пропорционально величине индуктивности дросселя фильтра тиристорного инвертора.

3. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок задания Режима работы входного датчика тока включает в себя выходной датчик тока, предназначенный для включения между инвертором и нагрузкой, выпрямитель и фильтр, при этом выход вы-. ходного датчика тока через выпрямитель подключен к фильтру, выход которого явдяется выходом блока задания режима, Изобретение относится к преобразовательной технике и может найти применение в устройствах для защиты различных вентильных установок.

Известны устройства для защиты тиристорных инверторов, содержащие датчик входного тока инвертора в виде трансформаторов в цепи переменного тока питающей сети, выход которого через выпрямитель и пороговый элемент подключен к исполнительному устройству защиты fl) .

К недостаткам указанных устройств относится сложность построения, определяемая требованием повышенной электрической прочности трансформаторов тока и необходимостью сочетания малой индуктивности рассеяния указанных трансформаторов с большой индуктивностью намагничивания, что объясняется необходимостью передачи как крутых фронтов нарастания тока, так и формы питающего тока, имеющего низкую частоту.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для защиты тиристорного инвертора, содержащее датчик входного тока, выполненный в виде магнито- чувствительного элемента, предназначенного для установки вблизи входной токоведущей шины, и пороговый элемент, вход которого присоединен к магниточувствительному элементу, а выход — к исполнительному органу защиты (2) .

Недостатком известного устройства является пониженная помехоустойчивость вследст ви е как прямых эл ект ромагнитных наводок на датчик от блиэ4. Устройство для защиты тириоуорного инвертора, содержащее датчик . входного тока, выполненный в виде магниточувствительного элемента, предназначенного для установки вбли-. зи токоведущей шины, и пороговый элемент, вход которого присоединен к магниточувствительному элементу, а выход — к исполнительному органу за циты, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости и быстродействия при внутренних коротких замыканиях в инверторе, во входной датчик тока введен магнитопровод, выполненный из сплошного магнитомягкого материала, охватывающий входную токоведущую шину, в зазоре которого установлен магнито. чувствительный элемент. ко проходящих проводов, так и реагирования датчика на все сигналы во входной токапроводящей шине независимо от того полезный это сигнал

5 .или сигнал помех. При этом различие укаэанных сигналов определяется частотным спектром, максимальная частота полезного сигнала ограничивается величиной индуктивности входного дросселя фильтра инвертора, а спектр сигнала помехи по частоте сверху практически может -быть не ограничен. Для выделения полезного сигнала в.устройстве защиты необходимы специальные фильтры, что дополнительно снижает эффективность устройства защиты.

Недостатком также является низ кое быстродействие при внутренних коротких замыканиях в инверторе. Это объясняется тем, что срабатывание устройства защиты происходит только после того, как входной ток инверто(ра превысит предельно допустимый, величина которого выбирается заведомо выше номинального входного тока HHвертора. По этой причине отключение инвертора в случае внутреннего короткого замыкания в режиме малого входного тока происходит с задержкой, определяемой длительностью нарастания величины входного тока до предельно допустимого значения. (1ель изобретения — повышение помехоустойчивости и быстродействия при внутренних коротких замыканиях в инверторе.

Поставленная цель по первому варианту достигается тем, что в устройстве для защиты тиристорнсгс инвер1065954 тора, содержащее датчик входного тока, выполненный в виде магниточувст-. вительного элемента, предназначенного для установки вблизи токоведущей шины, и пороговый элемент, вход которого присоединен к магниточувствительному элементу, а выход — к исполнительному органу защиты, введен блок задания режима работы входного датчика тока, а во входной датчик тока введен магнитопровод, выполненный шихтованным и снабженный дополнительной обмоткой, причем магниточувствительный элемент установлен в зазоре магнитопровода, охваты.вающего входную токоведущую шину, 15 дополнительная обмотка которого подключена к выходу блока задания режима работы входного датчика тока.

При этом блок задания режима работы входного датчика тока-может 2() быть выполнен в виде резистора, сопротивление которого обратно пропорционально величине индуктивности д»осселя фильтра тиристорного инвертора. 25

Блок задания режима работы входного датчика тока может включать выходной датчик тока, предназначенный для включения между инвертором и нагрузкой, выпрямитель и фильтр, при этом выход выходного датчика тока через выпрямитель подключен к фильтру, выход которого является выходом блока задания режима. цель по ВТОРому ва- 35 рианту достигается тем, что в уст.ройстве для защиты тиристорного ин1 вертора, содержащем датчик входного тока, выполненный в виде магниточувствительного элемента, предназначен-. ного для установки вблизи токоведу- 4О ей шины, и пороговый элемент, вход которого присоединен к магниточувствительному элементу, а выход — к исполнительному органу защиты, во входной датчик тока введен магнито- 45 провод, выполненный из сплошного магнитомягкого материала, охватывающий входную токоведущую шину, в зазоре которого установлен магниточувствительный элемент. 50, На фиг, 1 представлена функциональ ная схема устройства по первому варианту; на фиг, 2 — вариант выполнения блока задания режима; на фиг. 3(функциональная схема устройства по 55 второму варианту.

Устройство по первому варианту содержит источник 1 постоянного напряжейьия, через. исполнительный орган 2 защиты подключенный к инвер- 60 тору 3, к выходу которого подключена нагрузка,4. Входную шину инвертора охватывает магнитопровод 5, в зазоре которого установлен магниточувствительный элемент 6, подключен ный к входу порогового элемента 7, выход которого подключен к входу исполнительного органа 2 защиты.

Дополнительная обмотка на магнитопроводе 5 подключена к выходу блока 8 задания режима.

Блок задания режима включает (фиг, 2) датчик 9 тока, выпрямитель

10 и сглаживающий фильтр 11 °

Устройство защиты работает следующим образом.

При возникновении аварийного режима, например при опрокидывании инвертора, входной ток инвертора начинает нарастать. Увеличение тока во входной шине увеличивает магнитную индукцию в магнитопроводе 5 и соответственно индукцию в зазоре магнитопровода. Сигнал с магниточувствительного элемента увеличивается и при достижении порога срабатывания порогового элемента 7 вызывает его переключение, после чего сигнал с порогового элемента включает исполни- тельный орган защиты, например конденсаторный выключатель, которое отключает инвертор оТ источника питанияя.

Дополнительная обмотка на магнитопроводе 5 с блоком задания режима определяет характер изменения индукции в сердечнике при изменении входного тока инвертора, а значит, свойства датчика, включающего в себя магнитопровод H магниточувствительный элемент, и всего устройства для защиты. При этом возможны следующие характеристики в зависимости от свойств блока задания режима.

В первом случае блок задания режима выполнен в виде резистора с сопротивлением равным R, В этом случае при скачкообразном изменении входного тока зависимость приращенИя индукции в магнитопроводе АВ, а следовательно, и приращение сигнала с магниточувствительного элемента б будут описываться выражением ) эх .. ье= — е

Р х гдеьЗцх — величина изменения входного тока инвертора; средняя длина магнитопровода; индуктивность дополнительной обмотки на магнитопроводе.

Выражение (1) показывает, что устройство для зашиты обладает фильтрующим свойством по отношению к вы:сокочастотным помехам за счет проявления инерционных свойств измерителя входного тока — магниточувствитель«ного элемента с магнитопроводом.

Фильтрующее свойство, как это следует из формулы (1), пропорционально

1065954 инцуктивности дополнительной обмотки и обратно пропорционально сопротивлению резистора. Регулировка величины сопротивления резистора Й позволяет легко упранлять фильтрующи- 5 ми свойствами устройства. Данное свойство особенно полезно н случае использования дросселей с различными величинами индуктивности, Известно, что уровень помех на нходной шине опрЕделяется главным образом величиной индуктивности дросселя фильтра инвертора, который обычно включается последовательно в цепь питания постоянного тока и ограничивает проникновение токов высокой частоты из инвертора н cBTb В этом случае выбор величины резистора в обратной пропорциональности к величине индуктивности питающего дросселя всегда обеспечивает заданную помехоустойчи- 20 вость. Это является существенным положительным свойством предлагаемого устройства для защиты.

Устройство может быть эффективно использовано в случае, когда величи- 25 на индуктивности дросселя зависит от величины проходящего тока, например снижается за счет подмагничивания. При этом блок задания режима можно выполнить осуществляющим Функ- 3Q цию изменения сопротивления пропорционально входному току инвертора.

В блоке 8 задания режима (фиг.1) датчик 9 тока включен в цепь выходного тока иннертора 3 (фиг. 1), сиг- 35 нал с выхода датчика 9 после выпрямления выпрямителем 10 и сглажинания фильтром 11 (фиг. 2) поступает на дополнительную обмотку на магнитопроводе 5 (фиг. 1) . Магнитная индукция В н сердечнике при этом опреде-лится следующим образом:

РИо(в ®t<3g

В-. (2) где 3 д„ - входной ток инвертора; 45 выходной ток блока задания режима.:

Vl — количество витков основной обмотки (н цепи входного тока инвертора); 5О

Ф вЂ” количество витков дополнительной обмотки.

Магниточувстнительный элемент вместе с пороговым настроены на срабатывание при пороговом значении ин-,55 дукции в магнитопроводе Вц,, при этом ампер-витки дополнительной об мотки выбирают с обратным знаком к ампер-виткам основной обмотки, Входной ток инвертора, при котором прои- ц» эойдет отключение 3н„ „ „ опреде" лится выражением

8„, (! „, (3)

Ьк.о ко." (о% " 4

Ток Зу пропорционален выходному

4 току инвертора. Как следует из выраения (3), при возрастании выходного тока инвертора 3цык, т ° е, его выходной мощности Р „, возрастает и )н,,к„, т.е. отключение иннертора произойдет при большем значении тока на величину ч /,. При снутреннем коротком замыкании в инверторе выходной ток инвертора практически мгновенно спадает до нуля, вследствие чего )з„ о,„„ значительно снижается из-за равенства нулю второго слагаемого н формуле (3), что ведет к снижению тока, при котором произойдет отключение инвертора устройством для защиты, а следовательно, и быстродействие защиты пропорционально возрастает. Укаэанное свойство увеличения быстродействия при внутренних коротких замыканиях является существенно полезным, так как внутренние короткие замыкания в инверторе на практике встречаются чаще, чем иные виды нарушения работоспособности иннертора.

Устройство по второму варианту содержит источник 1 постоянного напряжения через исполнительный орган 2 защиты, подключенный к инвертору 3, к выходу которого подключена нагрузка 4. Входную шину инвертора охватывает магнитопровод 5, в зазоре которого установлен магннточунствительный элемент б, подключенный к входу порогового элемента 7, выход которого подключен к входу исполни— тельного органа 2 защиты.

Устройство работает следующим образом.

При возникновении аварийного режима, например при опрокидывании иннертора, входной ток инвертора начинает нарастать. Увеличение тока во нходной шиíе увеличивает магнитную индукцию в магнитопроваде 5 и соответственно индукцию в зазоре магнитопровода. Сигнал с магниточувствительного элемента увеличивается и при достижении порога срабатывания порогового элемента 7 вызывает его переключение, поСле чего сигнал с порогового элемента включает исполнительный орган защиты. Магнитопровод 5 может быть выполнен из сплошного магнитомягкого электропронодящего материала без дополнительной обмотки.

Эффективность устройства по второму варианту аналогична эффективности устройства по первому варианту. Вихревые токи, наводимые в электропроводящем материале магнитопровода, играют ту же роль, что и ток дополнительной обмотки в описанном выше случае. Варьируя геометрическими размерами, а также используя материал с различной электропроводностью, мож1065954

Составитель В . широков

Техред Л. Пилипенко

Корректор В.Бутяга

Редактор А.Лежнина

Тираж 619 Подписное

ВНИИПИ ГосударсТвенного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Эаказ 11052/54

Филиал ППП патент, r.Óærîpoä, ул.Проектная, 4 но изменять инерционность устройств защиты за счет изменения эквивалентных параметров, т.е. L и и, в соот ветствии с формулой (1) .

Результаты испытаний предлагаемо5 го устройства для защиты тиристорного инвертора на экспериментальном бразце тиристорного преобразователя .ощностью 100 кВт и частотой 2400 Гц показывают, что устройство для защиты не производит ложных отключений в случаях, когда уставка защиты превосходит входной ток инвертора не менее, чем на 20% в случае использования известного устройства превыщение должно быть не менее 40Ъ, При внутренних коротких замыканиях в инверторе, работающем на мощности 10% от номинального, быстродействие отключения возросло с 1,2 до 0,3 мС и соответственно входной ток инвертора в момент включения устройства для защиты снизился с 240 до 60 А,