Способ защиты тиристорного преобразователя постоянного напряжения

 

1. СПОСОБ ЗАЩИТЫ ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО НАПРЯ-, ЖЕНИЯ, подключенного к источнику питания через LC-фильтр и входной реактор и снабженного по меньшей мере одной вентильной цепью возврата или рассеяния энергии, подключенной к конденсатору ЬС -фильтра или входному реактору, заключающийся в том, что при cpijBe работы преобразователя формируют на его тиристорах отрицатель- . ное напряжение путем колебательного перезаряда конденсатора LQ -фильтра и блокируют импульсы управления преобразователем , отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и расширения функциональных возможностей , контролируют величину и полярность напряжения на конденсаторе LC -фильтр и дополнительно блокируют вентильные цепи возврата или рассеяния энергии, причем блокирующее воздействие на указанные цепи вырабатывают на начальном этапе колебательного перезаряда конденсатора LC -фильтра до момента смены полярности на пряжения на нем с положительного значения на отрицательное. i 2. Способ ПОП.1, отличающийся тем, что подачу импульсов (Л управления преобразователем возобновляют в момент достижения напряжес нием на конденсаторе LC -фильтра за-. данного положительного значения, а блокирование вентильных цепей прекра щают после момента смены полярности напряжения на конденсаторе LC гфильтра с отрицательного значения на положительное к моменту подачи импульсов ю управления преобразователем. 4 эо о

ц9) » (!и 1 1 т

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ GGGP

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТИРЪГПФ (21) 3607287/24-07 (22) 17.06.83 (46) 07.09.84. Бюл. Р 33 (72) В.Ф.Ильин и В.Г.Захаров (71) Чувашский государственный университет им.И.Н.Ульянова (53) 621.316.925(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 630701, кл. Н 02 Н 7/10, 1978.

2. Глух E.M., Зеленов В.Е. Защита полупроводниковых преобразователей.

"Энергия" 1982, с. 99. (54)(57) 1. СПОСОБ ЗАЩИТЫ ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО НАПРЯ-:

ЖЕНИЯ, подключенного к источнику питания через С-фильтр и входной реактор и снабженного по меньшей мере одной вентильной цепью возврата или рассеяния энергии, подключенной к конденсатору ЬС -фильтра или входному реактору, заключающийся в том, что при срыве работы преобразователя формируют на его тиристорах отрицательное напряжение путем колебательного перезаряда конденсатора С -фильтра и блокируют импульсы управления преоб-. разователем, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и расширения функциональных возможностей, контролируют величину и полярность напряжения на конденсаторе

1.С -фильтр и дополнительно блокируют вентильные цепи возврата или рассеяния энергии, причем блокирующее воздействие на указанные цепи вырабатывают на начальном этапе колебательного перезаряда конденсатора LC -фильтра до момента смены полярности напряжения на нем с положительного значения на отрицательное.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что подачу импульсов управления преобразователем возобновляют в момент достижения напряжением на конденсаторе LC -фильтра за-. данного положительного значения, а блокирование вентильных цепей прекра» щают после момента смены полярности напряжения на конденсаторе 1 С -..фильтра с отрицательного значения на положительное к моменту подачи импульсов управления преобразователем.

1112480

Изобретение относится к преобразовательной технике и касается защиты тиристорного преобразователя постоянного напряжения.

Известен способ защиты тиристорноro преобразователя постоянного напряжения, по которому при срыве работы преобразователя формируют отрицательное напряжение на его тиристорах и блокируют импульсы управления преобразователем (1) и (2) .

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату

10 ного напряжения, подключенного к источнику питания через С -фильтр и входной реактор, заключающийся в том, что при срыве работы преобразователя формируют на его тиристорах отрицательное напряжение путем колебатель20 ного перезаряда конденсатора 4С -фильтра и блокируют импульсы управления преобразователем $2(., Известный способ является достаточно простым, поскольку не требует применения дополнительных защитных устройств, однако он неприменим для защиты тиристорного преобразователя постоянного напряжения, снабженного вентильными цепями возврата энергии, подключенными к конденсатору входно2S

30 го фильтра, или вентильной цепью рассеяния энергии, шунтирующей входной реактор преобразователя.

В преобразователях, снабженных указанными вентильными цепями, в случае срыва их работы возникает процесс колебательного перезаряда конденсатора входного фильтра через входной реактор и короткозамкнутую цепь преобразователя. Однако колебательный переэаряд конденсатора фильтра длится лишь до момента перехода напряжения на нем до нуля.

При смене полярности напряжения на конденсаторе фильтра открываются вентили в цепях возврата или рассеяния энергии, при этом ток входного реактора замыкается через указанные вентильные цепи, минуя конденсатор входного фильтра, и процесс его ко50 лебательного перезаряда прекращается.

С этого момента напряжение на конденсаторе устанавливается равным нулю, аварийный входной ток замыкается через тиристоры преобразователя и са- мовосстяновления преобразователя не к изобретению является способ защиты тиристорного преобразователя постоян- 15 происходит. Для прерывания аварийного тока в таких преобразователях необходимо принять дополнительные быстродействующие защитные устройства, что усложняет защиту и снижает ее надежность.

Цель изобретения — повышение надежности и расширение функциональных возможностей способа защиты тиристорного преобразователя постоянного на.пряжения.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу защиты тиристорного преобразователя постоянного напряжения, подключенного к источнику питания через L C -фильтр и входной реактор и снабженного по меньшей мере одной вентильной цепью возврата или рассеяния энергии, подключенной к конденсатору С -фильтра или входному реактору, заключающемуся в том, что при срыве работы преобразователя формируют на его тиристорах отрицательное напряжение путем колебательного перезаряда конденсатора С вЂ” фильтра и блокируют импульсы управления преобразователем, контролируют величину и полярность напряжения на конденсаторе L,С -фильтра и дополнительно блокируют вентильные цепи возврата или рассеяния энергии, причем блокирующее воздействие на указанные цепи вырабатывают.на начальном этапе колебательного перезаряда конденсатора С -фильтра до момента смены полярности напряжения на нем с положительного значения на отрицательное.

Кроме тоro подачу импульсов управления преобразователем возобновля.— ют в момент достижения напряжением на конценсаторе ЬС -фильтра заданного положительного значения, а блокирова" ние вентильных цепей прекращают после момента смены полярности напряжения на конденсаторе LC -фильтра с отрицательного значения на положительное к моменту подачи импульсов управления преобразователем.

На фиг.1 представлена структурная схема тиристорного преобразователя постоянного напряжения с вентильными цепями возврата энергии, реализующая предлагаемый способ защиты, на фиг.2 — схема преобразователя с вентильной цепью рассеяния энергии, на фиг.З - временные диаграммы токов и напряжений, характеризующие аварийный режим работы преобразователя при

111248 блокировании вентильных цепей возврата и рассеяния энергии; на фиг.4 временные диаграммы, характеризующие аварийный режим преобразователя при отсутствии блокирующего воздействия на указанные вентильные цепи.

Устройство (фиг. 1) содержит силовой преобразовательный блок 1, реактор 2 с основной обмоткой 3, включен,ной в цепь постоянного тока преобра- 1р зователя, входной 1С -фильтр, состоящий из дросселя 4 и конденсатора

5, цепи возврата энергии, состоящие из трансформатора 6 сброса с обратным выпрямителем 7 и дополнительной обмотки 8 реактора 2 с обратным диодом 9. Обе цепи возврата подключены к конденсатору 5 входного фильтра через управляемый ключ 10. Блок 11 управления предназначен для управления Zp тиристорами силового блока 1, блок

12 — для управления ключом 10, блок

13 — для контроля срыва работы пре- . образователя, а блок 14 — для контроля величины и полярности напряжения на конденсаторе 5.

В преобразователе (фиг.2) вентильная цепь рассеяния представлена в виде обратного диода 9, подключенного ,через управляемый ключ 10 параллель- ЗО но обмотке 3 входного дросселя 4.

В нормальном режиме работы преобразователя (фиг.1) конденсатор 5 входного фильтра заряжен до номинального значения, блок 11 управления вырабатывает импульсы управления тиристорами силового блока 1, а блок 12— импульсы управления ключом 10, поддерживая его в замкнутом состоянии.

В этом режиме избыточная эчергия,,40 накапливаемая в коммутирующих элементах преобразователя, возвращается в конденсатор 5 через трансформатор 6 сброса и обратный выпрямитель 7, а также через вторичную обмотку 8 реак-4> тора 2 и обратный диод 9.

При срыве работы преобразователя в момент 1 (фиг,3) возникает режим колебательного перезаряда конденсатора 5 через обмотку 3 реактора 2 и О короткозамкнутую цепь силового блока

1. При этом по сигналу, поступающему с блока 13, в блоках 11 и 12 производится блокирование импульсов управления тиристорами силового блока 1 55 и ключом 10. Причем блокирующее воздействие в блоках 11 и 12 производится не позднее момента 1, сиены поляр0 4 ности напряжения (на конденсаторе

5 с положительного значения на отрицательное. В момент t ток j обмоткИ

3 реактора 2, равный сумме токов дросселя 4 и тока разряда конденсатора 5, достигает максимального значения

I . При разомкнутом состоянии ключа 10 процесс колебательного перезаряда конденсатора 5 ггродолжается до момента 12 за счет энергии, накопленной в индуктивности реактора 2. С момента 2, когда ток реактора 2 достигнет нулевого значения, характер изменения напряжения 05 будет определяться только током дросселя входного фильтра. В течейие интервала времени 1 - к тиристорам силового блока 1 прикладывается обратное напряжение 05, под действием которого происходит выключение тиристоров и "самовосстановление" работоспособности преобразователя.

В момент смены полярности напряжения 05 с отрицательного значения на положительное в блоке 12 по сигналу с блока 14 снимается блокирующее воздействие. В момент 1, когда напряжение 05 достигает заданного положительного значения Оп р снимается блокирующее воздействие в блоке 11 и возобновляется подача импульсов на тиристоры силового блока

1. В результате повторное включение преобразователя производится на начальном этапе нарастания положительного напряжения на входе преобразователя и, тем самым, исключаются опасные перенапряжения на конденсаторе 5, возникающие за счет заряда конденсатора током 4 дросселя 4 входного фильтра..

Аналогично протекают аварийные процессы и в преобразователе с вентильной цепью рассеяния энергии (фиг.2).

Если при возникновении аварийного процесса, вызванного срывом работы преобразователя, по меньшей мере одна из рассмотренных вентильных цепей возврата или рассеяния энергии не блокируется, то "самовосстановления" работоспособности преобразователя не происходит. Действительно, в случае, когда обратный выпрямитель

7 в схеме (фиг. 1) или обратный диод

9 в схеме (фиг.2) остаются подключенными в течение всего периода аварий=, ного процесса, то ток j> реактора 2

S 1112480 с момента t (фиг.4} замыкается не через конденсатора 5, а через короткозамкнутую цепь блока 1 и выпрямитель 1 — в первой схеме, или диод 9— во второй схеме. В результате напряжение на конденсаторе 5 с этого момента устанавливается равным нулю, 1 а ток медленно спадает по экспо3 ненциальному закону и устанавливается равным току,1, дросселя 4. В том 10 случае, когда в период аварийного процесса оказывается не блокированной цепь возврата энергии, состоящая из дополнительной обмотки реактора 2 и обратного диода 9 (фиг.1), ток IS с момента t1 замыкается через обмотку 8 и диод 9. Индуктивность этой цепи возрастает и амплитуда тока в момент 1 снижается скачком до значения 1, "- jó,Itó (6 4М где %, Ae — 20 число витков обмоток реактора 2. Сопротивление контура цепи разряда мало

\ и ток медленно спадает до значения аварийного входного тока 4

Таким образом, при блокировании в период аварийного процесса вентильных цепей возврата или рассеяния энергии, шунтирующих конденсатор входного фильтра или входной реактор, стано- gp вится возможным применение сравнительно простого известного способа защиты преобразователя.

С целью эффективного использования предлагаемого способа и повьнпения надежности "самовосстановления" преобразователя блокирование указанных вентилЬных цепей необходимо производить на начальном этапе разряда конденсатора входного фильтра до момента смены .полярности напряжения на нем с положительного значения на отрицательное.

Так как в течение интервала времени с момента срыва работы преобразователя и до момента указанной смены полярности напряжения на конденсаторе фильтра токи в вентильных цепях возврата и рассеяния энергии отсутствуют, то в качестве управляемых ключей 10 можно использовать тиристоры, причем их можно использовать взамен вентилей в этих цепях. В этом случае блокирование указанных цепей осуществляется снятием с тиристоров управляющих импульсов.

При рассмотренном способе защиты к датчикам и исполнительным органам предъявляются относительно невысокие требования по быстродействию. Как правило, длительность интервалов при которых вырабатываются блокирующее воздействие на вентильные цепи, и t g - 4, при которых прекращается их блокирование, в преобразователе с реальными параметрами фильтра велика. В преобразователе с рабочей частотой 5 кГц длительность этих интервалов составляет несколько сотен микросекунд.

Благодаря тому, что повторное включение преобразователя производится при токе дросселя входного фильтра, лишь незначительно отличающемся от установившегося значения, и нарастающем напряжении на конденсаторе фильтрй, длительность переходного процесса уменьшается и пусковой про-. цесс улучшается. В результате такого включения преобразователя снижается аварийное перенапряжение на конденсаторе фильтра и повьппается надежность работы устройства.

1112480

Фиг 2

Составитель В.Широков

Редактор Н.Данкулич Техред M.Ãåðãåëü Корректор M.Màêñèìèøåíåö

Заказ 6465/39 Тираж 613 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðîä, ул.Проектная, 4