Способ защиты автономного мостового тиристорного инвертора напряжения и устройство для его осуществления

 

Изобретение позволяет повысить надежность, быстродействие, КПД и снизить массогабаритные показатели . Это достигается тем, что в способе защиты автономного мостового тиристорного инвертора напряжения одновременно с подачей импульсов управления на тиристоры короткозамыкателя снимают импульсы управления Q тиристоров инвертора. Вводят противо-ЭДС в плечи моста тиристоров инвертора на интервале первого полупериода колебательного разряда конденсатора J-C -Лильтра и после этого снимают импульсы управления с тиристоров короткозамыкателя.4 ил. S (Л Од 05 кэ ;о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

122 (Я) 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3766954/24-07 (22) 06.07.84 (46) 07.01.86. Бюл.М 1 (71) Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт тяжелого электромашиностроения Харьковского завода

"Электротяжмаш" им. В.И.Ленина (72) Ю.И.Гусевский, С.Н.Полторак, А.Т.Бурков, Ю.П.Васильев, В.М.Федоров и О.И.Шатнев (53) 62!.316.925.4(088.8) (56) Федоров В.M Система защиты автономного инвертора в тяговом электроприводе тепловоза ТЭ120.

Межвуз сб.тр. "Полупроводниковая техника в устройствах электрических железных дорог", ЛИИЖТ, 1981, с.29-34.

Авторское свидетельство СССР

11 630701, кл. 11 02 Н 7/10, 1977.

„„QU„„3 2О3629 А (54) СПОСОБ ЭАШИТЪ| АВТОНОМНОГО IOCТОВОГО ТИРИСТОРНОГО 11НВЕРТОРА НАПРЯЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУШЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение позволяет повысить надежность, быстродействие, КПД и снизить массогабаритные показатели. Это достигается тем, что в способе защиты автономного мостового тиристорного инвертора напряжения одновременно с подачей импульсов управления на тиристоры короткозамыкателя снимают импульсы управления с тиристоров инвертора. Вводят противо-ЭДС в плечи моста тиристоров инвертора на интервале первого полупериода колебательного разряда конденсатора LC -фильтра и после этого снимают импульсы управления с тиристоров короткозамыкателя.4 ил.

1203629

Изобретение относится к преобра: овательной технике, в частности к способам и устройствам защиты автономных многофазных мостовых инверторов напряжения от сквозных коротких замыканий при опрокидывании моста инвертирующих тиристоров.

Цель изобретения — повышение надежности, быстродействия, КПД к снижение массогабаритных показателей.

На фиг.! представлена принципи-1 альная схема устройства для осуще †. ствления способа; на фиг.2 — эквивалентные схемы замещения контура разряда конденсатора фильтра для отдельных этапов процесса разряда; на фиг.3 — временные диаграммы, иллюстрирующие электромагнитные .процессы в предлагаемом устройстве защиты при его срабатывании: на фиг.4 — принципиальная схема устройства, второй варкапт.

На схемах (фиг. 1,2 и 4) обозначены источник входного переменного напряжения с выводами А, B, ; неуправляемый мостовой выпрямитель 2 (+ ) v. (†) соотвегственно положительный и отрицательный полюсы звена постоянного напряжения резистор 3 и диод 4 гасящей R -цепи, трансформатор

5 с первичной обмоткой 6 {точкой обоз ачапо начало обмотки); конденсатор 7 фильтра, вторичные обмотки

8 — 13, главные (кнвертирующие) ткристоры инвертирующего моста 1

19, обратные диоды 20 — 25, тиристорный короткозамыкатель 26, датчик 27 опрокидывания инвертора, пороговый блок 28 блок 29 формирования импульса управления тиристорами короткозамыкателя, запоминающий элемент

30, система 31 управления инвертора, блок 32 формирования сигналов управления инвертирующими тиристорамк, при этом !1„ — напряжение на конденсаторе 7 фкльтра; 1, — ток конденсатора 7 фкльтра; 1„, — ток гасящей

RD — цепи, i> — суммарный ток конденсатора фильтра и гасящей 1б -цепи, — ток тиристорного короткозамыкателя.

На фиг.3 приведены кривые перечис " ленных токов и напряжений при срабатывании защиты в функции текущего электрического угла 9, связанного с текущим временем ь соотношением

1О !

?О

1

6= — — t r1)

- 1.С где L — приведенная к первичной обмотке 6 эквивалентная индуктивность обмоток трансформатора 5>

С вЂ” емкость конденсатора 7 фильтра.

В момент срабатывания защиты условно принято значение угла С = О, характерные точки по оси И обозначены: Ц,,..., g . В схеме по фиг,l к полюсам звена постоянного напряжения подключаются непосредственно выходные зажимы выпрямителя 2, входные зажимы инвертирующего моста на тиристорах 14 — 19 и диодах

20 — 25, а также фильтр с гасящей

Ю-цепью и тиристорный короткозамыкатель, условно показанный в виде тиристора 26. Первичная обмотка 6 трансформатора 5 включена последовательно с конденсатором 7 фильтра и в нормальном режиме работы инвертора выполняет роль токоограничивающего реактора !.С -фкльтра, а при срабатывании защиты обеспечивает колебательный характер процесса разряда конденсатора 7, вторичные обмотки 8,11,9,12,10 и 13 трансформатора 5 включены в плечах моста инвертирующих тиристоров согласно по отношению к первичной обмотке 6 и в нормальном режиме работы инвертора выполняют роль реакторов, устанавливаемых в плечах моста инвертирующих тиристоров, а -при срабатывании защиты .являются источ— никами противо-ЭДС в плечах упомянутого моста, т.е. ЭДС, направленных встречно по отношению к нормальной полярности звена постоянно го напряжения. Коэффициент трансформации трансформатора 5 от первич. ной обмотки 6 к его вторичным обмоткам выбирается достаточно большим (порядка k = {1Π— 20), исходя из условия обеспечения надеж— ной коммутации тока нагрузки в тиристорах инвертирующего моста за счет противо-ЭДС во вторичных обмотках трансформатора 5.

Таким образом, число витков вторичных обмоток трансформатора 5 может быть выбрано достаточно малым (порядка 1 — 2 вктка), что, с одной стороны, обуславливает малое влияние электромагнитных процессов

1203629 в фильтре на соответствующие про— цессы в фазах инвертора и малое . взаимовлияние последних в нормальном режиме работы инвертора, а с другой стороны, облегчает требования к конструкции трансформатора 5 в составе инвертора. В то же время индуктивность первичной обмотки 6 трансформатора 5, выполняющей роль токоограничивающего реактора фильтра, выбирается достаточно малой по сравнению с приведенной к звену постоянного напряжения индуктивностью статорных обмоток генератора 1 и, таким образом, включение упомянутой вторичной обмотки последовательно с конденсатором 7 фильтра практически не ухудшает работу фильтра.

Датчик 27 опрокидывания инвертора (датчик аварийного состояния ) может. быть выполнен в виде трансформатора, первичная обмотка которого включена последовательно с конденсатором 7 фильтра, а вторичная обмотка является выходом датчика опрокидывания, который подключен к входу порогового блока 28. Выход, блока 28 подключен к входу блока

29 формирования импульсов управления тиристорами короткозамыкателя

26. Блок 29 может быть выполнен, например, в виде одновибратора с выходными развязывающими усилителями, подключенными своими выходными цепями к управляющим электродам тиристоров короткозамыкателя 26.

Выход порогового блока 28 подключен также к входу запоминающего элемента 30 (выполненного, например, на триггере), выход которого подключен к блокирующему входу блока 32 формирования сигнала управления инвертирующими тиристорами, к другому входу блока 32 подключен выход системы 31 управления инвертора, а выход блока 32 подключен к управляющим электродам инвертирующих тири— сторов 14 — 19.

Устройство работает следующим образом.

При опрокидывании инвертора (сквозном включении двух тиристорных плеч в какой-либо из фаз инвертора) напряжение конденсатора 7 фильтра приложено к обмоткам трансформатора 5, а также к первичной обмотке трансформатора датчика 27 опрокидывания. При этом на вторич5

55 ной обмотке трансформатора датчика

27 опрокидывания формируется импульс напряжения, который подается на вход порогового блока 28. В момент превышения амплитуды этого импульса установленного уровня пороговый блок 28 формирует сигнал, который с одной стороны через блок 29 формирования импульса управления тиристорами короткозамыкателя формирует импульс фиксированной длительности с на управление тиристорами короткозамыкателя 26, а с другой стороны через запоминающий элемент 30 блокирует подачу импульсов управления на инвертирующие тиристоры 14

19 от системы 31 управления, Тем самым на все тиристоры короткозамыкателя 26 подается управление с одновременным снятием управления со всех инвертирующих тиристоров, и конденсатор 7 фильтра начинает разряжаться по цепи обкладка конденсатора 7, подключенная к началу обмотки 6, — начало первичной обмотки 6

:трансформатора 5 — конец первичной

:обмотки 6 трансформатора 5 — тиристорный короткозамыкатель 26 — обкладка конденсатора 7, подключенная к отрицательному полюсу (- 1 звена постоянного напряжения. При этом, с одной стороны, тиристоры короткозамкнутой фазы опрокинувшегося инвертора .разгружены от тока разряда конденсатора фильтра, а с другой стороны, положительный импульс разрядного тока конденсатора 7 фильтра через первичную обмотку 6 трансформатора 5 индуцирует во вторичных обмотках 8 — 13, включенных в плечах инвертирующего моста, противо †Э, направленные в тречно по отношению к нормальной полярности звена постоянного напряжения за счет которых на интервале первой полуволны разряда конденсатора фильтра обеспечивается вытеснение тока нагрузки из плеч моста инвертирующих тиристоров в цепь короткозамыкателя и их отключение. Параметры колебательного процесса разряда конденсатора 7 фильтра в на— чальной стадии процесса определяются емкостью С конденсатора 7 и эквивалентной приведенной к первичной обмотке 6 индуктивностью трансформатора 5. Эквивалентная схема замещения контура разряда конденсатора 7 на начальном участке

1203629 пульса управления тиристорами короткозамыкателя 26, задаваемая одновибратором в блоке формирования 29, должна удовлетворять неравенству тджх 3 ) где и определяется согласно Фор ауле 131.: При значениях угла

B р 4, определяемом согласно ФоОмуле (13), изменяется полярность напряжения на конденсаторе 7, в результате чего закрывается диод 3 гасящей 1 -цепи, и контур заряда конденсатора 7 определяется снова в соответствии с эквивалентной схемой замещения по формулам

i<=i,=-т е соз1е- — "- — ") 1

U =U e о 8- — - — 1, (15) Процесс заряда конденсатора 7 завершается в момент 9 = 9 <, где значение угла 8 определяется по формуле (16) 9=и 1+- —.-

cosg !

При этом напряжение на конденсаторе 7

0,(0,1,,-д 6Ю, (")

О где 1i; — коэффициент трансформации трансформатора 5, а коммутация тиристоров короткозамыкателя 26 обеспечивается на интервале О 6 8> при протекании второй (отрицательной) полуволны тока з фильтра что при выбранном значении П = 0,5 обеспечивает уменьшение напряжения 11 на конденсаторе 7 до 16,37. от его начального уровня. При протекании описанного процесса обеспечивается коммутация главных тирисТороВ инвертора короткозамыкателя, причем коммутация главных тиристоров инвертора происходит на интервале

0 < 8 < 8 ри протекании первой

Ъ положительной полуволны тока 1 < фильтра через первичную обмотку 6 трансформатора 5 за счет коммутиру-. ющего тока 1„ во вторичных обмотках трансформатора 5 в плечах инвертора при примерном соблюдении равенства через диоды неуправляемого выпрями теля 2.

Таким образом, длительности

Импульсов коммутирующих токов для

5 главных тиристоров инвертора „, и для тиристоров короткозамыкателя определчотся в соответствии с выражениями (19)

10, ,„,= Кс 8,-8, =-Кс 8,, где 8 0> и b- — определяются согласно формулам (11), I,13) и (!6).

Все приведеннь с расчетные соотношения, характеризующие электромаг нитные процессы в преобразователе при реализации предлагаемого способа защиты, полу ены в предположении о малости тока нагрузки IB по сравнению с амплитудо "; Т,.„ разрядного тока конденсатора фильтра. Такое предположение ьмеет место при рас— смотрении реж тмов работы тяговых инзерторов и вполне допустимо при качественном анализе упомянутых электромагнитнь1х процессов, Второй вариант схемы устройства фиг.4 отличается от схемы по фиг.1

T-åII, что трансформатор 5 конструктивЗО но выполнен в вице двух трансформатороз, обеспечивающих аналогичные функции гашени инвертирующих тиристоров соответственно анодной и катодной групп в процессе прямой полуволны разряда конденсатора

i .1ПЬ- I PB .

Указанное ppkçäåëåíèå трансформатора при опоепеленных условиях поззоляет упростить конструкцию трансформатора. F;-,00òà схемы по фиг.4 происходит аналогично работе схемы по фиг.1

Предлагаемое устройство защиты автономного инвертора напр иения, реализу-. способ защиты инвертора при опрокидываниях гашением инзертирующих тиристоров током прямой полузолны p;-,--;ч->-.да конденсатора фильтра обеспечивает повышение

GIcICTPÎÄÅéÑ TÇ I

06е CIiI ЧИЗ аЕт II0BkcIIIIBIII. КПД H CHIRRUP нпз массогабаритных показателей

9 1 по сравнению с известным устройством. Одновременно исключены ударные токи со стороны источника питания и нагрузки инвертора через короткозамкнутое звено постоянного напря.жения при опрокидывании инвертара, а также обеспечено существенное уменьшение восстанавливаемого в процессе перезаряда конденсатора фнльт ра напряжения в звене постоянного напряжения, прикладываемого к инвертирующему мосту, и, следовательно, запаса энергии в конденсаторе фильтра. формула изобретения

1. Способ защиты автономного мостового тиристорного инвертора напряжения, снабженного тиристорным короткозамыкателем, шунтирующим зве но постоянного напряжения, и входным

1С-фильтром, заключающийся в том, что в момент возникновения аварийного процесса подают импульсы управления на тиристоры короткозамыкателя, снимают импульсы управления с тиристоров короткозамыкателя по истечении полупериода колебательного разряда конденсатора фильтра и снимают импульсы управления с тиристоров инвертора, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения надежности, быстродействия, КПД и снижения массогабаритных показателей, одновременно с подачей импульсов управления на тиристоры короткозамыкателя снимают импульсы управления с тиристоров инвертора, вводят противо-ЭДС в плечи моста

203629 тиристоров инвертора на интервале первого полупериода колебательного разряда конденсатора 1 С -фильтра . и после этого снимают импульсы управления с тиристоров короткозамы кателя.

2. Устройство для защиты автономного мостового тиристорного инвертора напряжения, включающего в себя

10 мост инвертирующих тиристоров с встречно-параллельно включенными обратными диодами и питаемого от неуправляемого выпрямителя через промежуточное звено постоянного

t5 напряжения, содержащее цепь из последовательно включенньв резистора и диода, подключенную параллельно конденсатору фильтра в запирающем направлении по отношению к нормаль20 ной полярности напряжения на конденсаторе фильтра, датчик опрокидывания инвертора, выход которого через пороговый блок подключен к входу блока формирования импульса

25 управления тиристорами короткозамыкателя, а через запоминающий элемент предназначен для подключения к блокирующему входу блока формирования сигналов управления инвертирующими тиристорами, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности, быстродействия, КПД и снижения массогабаритных показателей, оно снабжено трансформатором, первичная обмотка которого

35 включена последовательно с конденсатором фильтра, а вторичные обмотки предназначены для включения в плечи инвертирующих тиристоров согласно по отношению к первичной обмотке.

1ЛИ.ЛК Ч

Фиг. У

is! 203629

1203629

Заказ 8426/57

Тираж 619 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Фипиал ППП Патент", r.Óæãîðoä, ул.Проектная,ч

Составитель О.Иешерякова

Редактор О,Головач Техред M.Ïàðoöàé Корректор В.Бутяга