Устройство для защиты тиристорного инвертора при нарушении проводимости тиристоров

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУ БЛИН

„„SU„„1 7530

Ai (50 4 Н 02 Fl 7/! 22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ(СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 3946100/24-07 (22) 28.08.85 (46) 30.10.86. Бюл. У 40 (71) Уральский электромеханический институт инженеров железнодорожного транспорта им. Я .М.Свердлова (7.2) 10.М.Бей, В.П.Неугодников, I0.П.Неугодников и В.Г.Зимовец (53) 621.316.925.4(088.8) (56) Соколов С.Д., Бей I0.M. Гуральнйк Я.Д., Чаусов О.Г. Полупроводни— ковые преобразовательные агрегаты тяговых подстанций. М.: Транспорт, 1979,, с. 157-159 °

Авторское свидетельство СССР

Ф 100I299, кл. Н 02 H 7/122, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ТИРИСТОРНОГО ИНВЕРТОРА ПРИ НАРУШЕНИИ ПРОВОДИИОСТИ ТИРИСТОРОВ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты .и контроля тиристорных инверторов при совместной и раздельной работе с выпрямителями. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства защиты инвертора при нарушении проводимости тиристоров и повышение надежности его работы в режиме прерывистого тока инвертора при раздельной работе с выпрямителем и в режиме

Я пуск,".. При нарушении проводимости ти1267530 ристора 1 ток в этом тиристоре в нужный момент не появится и на выходе 39 оудет отсутствовать очередной импульс.

Не появится также импульс, соответствующий началу появления тока в тиристоре 1, на выходе 46 канала контроля 21 блока запрета одновременного протекания тока 27, а, следовательно, и на выходе 47 элемента ИЛИ 28 и не запустит соответствующий одновибратор 15. Тогда по истечении времени работы второго одновибратора 16

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты и контроля тиристорных инверторов при совместной и ра.здельной работе с выпрямителями. 5

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства защиты инвертара при нарушении проводимости тиристоров и повышение надежности его работы в режиме преры-10 вистого тока инвертора при раздельной работе с выпрямителем и в режиме пуска.

На фиг.1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства: на фиг.2 — временные диаграммы работы устройства в режиме пуска (вклю, чения) и непрерывного тока; на фиг.3 — то же, при нарушении проводимости тиристоров в режиме прерывистого тока инвертора.

Устройство защиты при нарушении проводимости тиристоров 1-6 трехфазного мостового инвертора 7, подключенного к соответствующим фазам вторичной обмотки трансформатора 8, содержит импульсные датчики 9-14, которые включены в цепь соответствующих тиристоров 1-6 инвертора. Bblходы первого 15 и второго 16 блоков одновибраторов подключены к входам элемента ИЛИ-НЕ 17, выход которого через элемент HE 18 и триггер 19 соединен с исполнительным блоком: 20.

Входы каналов 21-26 контроля бло- 3S ка 27 запрета одновременного проте,кания тока подключены к выходам соответствующих импульсных датчиков 9на выходе 51 элемента ИЛИ-НЕ 17 появится сигнал логической единицы и на выходе 52 элемента HE 18 сигнал.логической единицы сменится на сигнал логичес- кого нуля, который переведет триггер 19 в положение, соответствующее фиксации аварийной ситуации в инверторе

При этом поступающий с выхода 53 триггера 19 сигнал дает команду исполнительному блоку 20 на отключение преобразователя. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

14. Выходы каналов 21, 23 и 25 блока 27 подключены к соответствующим входам первого элемента ИЛИ 28, а выходы каналов 22, 24 и 26 блока 27 к соответствующим входам второго элемента ИЛИ 29. Выходы первого 28 и второго 29 элементов ИЛИ соединены соответс венно с первым 15 и вторым

16 блоками одновибраторов.

Каждый канал (например 21 на фиг.1) блока 27 запрета одновременно. го протекания тока состоит из первого 30 и второго 31 пороговых элемен-, тов, выполненных на стабилитронах.

Входы первого и второго пороговых элементов подключены соответственно к первому и второму выходам импульсного датчика 9, а их выходы через первый элемент HE 32 и последовательно соединенные второй 33 и третий 34 элементы HE подключены к соответствующим входам триггера 35.

Прямой выход триггера 35 подключен о к одному из входов. элемента ИЛИ-HE

36, а инверсный выход триггера 35— к одному из входов элемента ИЛИ-HE l канала 26, к другому входу элемента

ИЛИ-НЕ 36 подключен инверсный выход триггера канала 22. Входы первого

30 и второго 31 пороговых элементов являются соответственно первым и вторым входами канала 21, выходом которого является выход элемента ИЛИ вЂ  36. Каждый из импульсных датчиков

9-14 выполнен в виде импульсного трансформатора, две вторичные обмотки которого включены согласно, начало первой 37 вторичной обмотки яв1?67530

30 ляется первым выходом импульсного датчика 9, а конце второй 38 обмотки — его вторым выходом.

Кроме того, на фиг.1-3 обозначены: выходы 39 и 40 соответственно первого 30 и второго 31 пороговых элементов, выходы 41 и 42 соответственно первого 32 и третьего 34 элементов НЕ, инверсный 43 и прямой !

О

44 выходы триггера 35 канала 21 контроля, инверсный выход 45 триггера канала 22 контроля, выход 46 канала

21 контроля блока запрета одновременного протекания тока: выходы 47 и 48 !

5 соответственно первого 28 и второго 29 элементов ИЛИ; выходы 49 и 50 соответственно первого 15 и второго

16 блоков одновибраторов; выход 51 элемента ИЛИ-НЕ, выход 52 элемента

НЕ, выход 53 триггера 19;

20 токи общего катода и общего анода инвертора, i - i — токи тиристоров 1-6 инвертора.

Принцип работы. устройства поясняется временными диаграммами на фиг.2, где показана работа устройства в момент t пуска (включения) ин-, вертора и при нарушении проводимости тиристора 1 в момент t в режиме непрерывного тока инвертора. На фиг.3 показана работа устройства при нарушении проводимости в момент того же тиристора в режиме прерывистого тока инвертора.

На функциональной схеме фиг.! З5 представлена часть устройства, пояс-, няющая работу одного канала 21 контроля блока .27 запрета одновременного протекания тока, который контролирует нарушение проводимости тирис- 40 тора 1 инвертора. Остальные каналы

22-26 контроля блока 27 запрета, контролирующие соответственно нарушение проводимости тиристоров 2-6 инвертора 7, выполнены и работают 4- аналогичным образом.

При нормальной работе инвертора в режиме непрерывного тока с выходов и импульсных датчиков 9-14 в соответствующие каналы 21-26 контроля блока 50

27 запрета одновременного протекания тока поступают импульсы, возникающие в момент появления и исчезновения тока в тиристорах 1 — 6.

Рассмотрим работу элементов кана- 5S лов контроля блока 27 запрета на примере канала 21. С первой обмотки 37 импульсного трансформатора 9, установленного в цепи контролируемого тиристора I, поступают импульсы, соответствующие моментам появления (отрицательной полярности) и исчезновения (положительной полярности) тока до нуля, а со второй обмотки

38 в указанные моменты времени поступают импульсы положительной полярности. Кроме того, на выходе импульсных трансформаторов могут присутствовать незначительные по амплитуде импульсы помехи. С помощью пороговых элементов (стабилитронов)

30 и 31 срезаются импульсы помех и импульсы положительной полярности.

Элементы НЕ 32 — 34 служат для преобразования оставшихся после стаби1 литронов 30 и 31 на выходах 39 и 40 отрицательных импульсов с целью согласования их с триггером 35. При этом на выходе 41 элемента НЕ 32 появляются паузы, соответствующие моментам появления тока, а на выходе

42 элемента НЕ 34 — импульсные сигналы, совпадающие с моментами исчезновения тока 11 в тиристоре инвертора. Под действием указанных сигналов триггер 35 формирует на прямом выходе 44 паузу (сигнал логического нуля), а на инверсном выходе 43 импульс (сигнал логической единицы), равные по длительности времени протекания непрерывного тока в контролируемом тиристоре 1.

Аналогично формируются сигналы на прямых и инверсных выходах триггеров других каналов контроля. Длительность их равна продолжительности протекания непрерывных токов в соответствующих контролируемых тирис-, торах, которая определяется выражением с„ = 120 эл. град " "О; где Y. — длительность коммутации тока соответствующего тиристора. .Сигнал с прямого выхода 44 триггера 35 поступает на один из входов элемента ИЛИ-НЕ 36 данного канала

21 контроля. На другой вход элемента 36 подается единичный импульс с инверсного выхода 45 триггера канала 22 контроля, контролирующего длительность протекания тока тиристора 2, который вступает в работу первым после окончания коммутации тока в тиристоре 1 в порядке чередования фаэ.

I 267530

В тот период времени, когда токи и 1. тиристоров не сонпадают во времени (следовательно, не совпадают и сигналы на входах элемента

ИЛИ-НЕ 36), на выходе 46 элемента 36 формируется рабочий импульс, совпадающий с моментом появления тока н контролируемом данным каналом тиристоре I ..

Аналогичные рабочие импульсы появляются на выходах других каналов контроля блока 27 запрета. Длительность рабочих импульсов определяется выражением

=60 эл ° град.+ t 1 + ь ;, !

5 гДе + ДГщрс1 — паРаметР, Учитывающий несимметрию импульсов управления;

+b p) — параметр, учитынающий 20 изменение угла опережения открытия тиристоров н динамических режимах работы иннертора.

Таким образом, блоком 27 запрета одновременного протекания тока осуществляется контроль длительности протекания токов в соответствующих тиристорных фазах инвертора и нало- ЗО жение запрета на период их совместного протекания.

Сигналы с выходов каналов 21, 23 и 25 контроля блока 27 запрета одновременного протекания тока, которые -35 связаны с импульсными датчиками 9, ll и 13 тиристоров I 3 и 5 катодной группы инвертора, поступают на соответствующие входы первого элемента ИЛИ 28. Сигналы с выходов ка- 40 налов 22, 24 и 26, которые связаны с импульсными датчиками 10, 12 и 14 тиристоров 2, 4 и 6 анодной группы, поступают на соответствующие входы второго элемента ИЛИ 29. На выходе 45

47 элемента ИЛИ 28 появляются импульсы катодной группы; а на выходе 48 элемента ИЛИ 29 — импульсы анодной группы инвертора. Под дейстнием этих сигналов запускаются одновибра- 50 торы 15, 16, на выходе которых появляются импульсы (сигналы логической единицы). Длительность импульсов с выхода 45 первого однонибратора 15, запускаемого импульсами катодной 55 группы, определяется выражением

ty „ат=60 эл. град. + нес кат+ т кат.

Длительность импу!тисов с выхода

50 второго однонибратора !6, запускаемого импульсами анодной группы, ранна

t„„„=60 эл. град. + л „,с,„+д,„ где тт-нес.кат и лТнес кн — величина максимально воз тожнои несимметрии импульсов управления инвертора соответственно для катодной и анодной группы тиристоров; — величина макси pêQò, и т н мально возможной скорости изменения угла опереж ения открытия тиристоров в динамических режимах работы инвертора, соответственно для катодной и анодной группы тиристоров..

ВЕЛИЧИНЫ Ь < НЕС. Кот ° >t НСС. д К И 4 1 Ка . л А,к устанавливаются такими, чтобы единичные импульсы с одновибраторон, поступающие на входы элемента

ИЛИ-НЕ 17, перекрывались и в нормальном режиме работы инвертора на выходе 51 элемента ИЛИ-НЕ 17 постоянно находился сигнал логического нуля и не поянлялся сигнал помехи. На выходе 52 элемента НЕ 18 присутствует сигнал логической единицы, который поступает на динамический вход триггера 19, установленного в положение, соответствующее нормальному режиму работы инвертора (на выходе 53 — сиг. нал логического нуля).

При нарушении проводимости тиристоров I ток i в этом тиристоре в нужный момент t< не появится, и на выходе 39 будет отсутствовать очередной импульс. Не появится также импульс, соответствующий началу появления тока в тиристоре, на выходе 46 канала 21 контроля блока 27 запрета, а следовательно, и на выходе 47 элемента ИЛИ 28 и не запустит соответствующий одновибратор 15. Тогда по истечению времени работы второго

1267530

7 одновибратора 6 на выходе 51 элемента ИЛИ-НЕ !7 лостоянно находится сигнал логического нуля и не появляется сигнал помехи. На выходе

52 элемента НЕ 18 присутствует сигнал логической единицы, который поступает на динамический нхор триггера 19, установленного в положение, соответствующее нормальному режиму работы инвертора (на выходе 53 — 1О сигнал логического нуля).

При нарушении проводимости тиристоров 1 ток, в этом тирнсторе в нужный момент t, не появится, и на выходе 39 будет отсутствовать очеред- 15 ной импульс. Не появится также импульс, соответствующий началу появления тока в тиристоре, на выходе 46 канала 21 контроля блока 27 запрета, а следовательно, и на выходе 47 элемента ИЛИ 28 и не запустит соответствующий одновибратор 15. Тогда IIQ истечении времени работы второго одновибратора 16 на выходе 51 элемента

ИЛИ-НЕ 17 появится сигнал логической единицы, а на выходе 52 элемента НЕ

18 сигнал логической единицы сменится на сигнал логического нуля, который переведет триггер 19 в положение, соответствующее фиксации аварийной ситуации в инверторе. При этом поступающий с выхода 53 триггера .19 сигнал дает команду исполнительному блоку 20 на отключение преобразователя. 35

Время опережения работы защиты до срыва коммутации токов в динамических режимах работы инверторов составляет р — ь нес !,со.(лн1 м кат.(д„1 при

: 40 двухфазном опрокидывании и — — + р

3 !!ес кае(Ан) Р!:ат(!!н1 однофа ном опрок идыв анин .

Преимуществом предлагаемого уст ройства является отсутствие мертвой

Ф! 45 эоны!! в режиме пуска (включения) инвертора. Из временных диаграмм (фиг.2} работы устройства следует, что в период включения одновибраторы начинают запускаться с момента появления токов в инверторе. В данном случае (фиг.2), с момента t, появления тока в тиристоре 1, запускается первый одновибратор 15 катодной группы тиристоров (сигнал логической единицы на выходе 47) . Блокировка запуска второго одновибратора

16 анодной группы от неполного по длительности тока 1„н тирис торе 6 осуществляется авто..!атически блоком

27 запрета одновременного протекания токов. При этом с инверсного выхода 43 триггера 35 канала 21 контроля поступает сигнал логической единицы на элемент ИЛИ-НЕ 17 канала

26 контроля, который накладывает запрет на появление в этот период (период пуска) сигнала логической единицы на выходе канала 26 от тока что обеспечивает подготовку второго одновибратора 16 к дальнейшей работе.

В режиме прерывистых токов устройство автоматически продолжает работать беэ смены уставок (беэ изменения ранее установленных в режиме непрерывного тока значений „ „, и

). В этом режиме ток, протекающий через тиристоры отдельно работающего инвертора, состоиз иэ двух одинаковых импульсов тока длительностью п, (фиг.3), причем первый импульс совпадает с моментом открытия тиристоров при поступлении на данную фазу в нужный момент времени управляющих импульсов. Так как второй импульс тока каждого контролируемого тиристора инвертора совпадает во времени с первым импульсом того тиристора, который вступает в работу первым после данного (контролируемого) тиристора, то на выходах блока 27 запрета одновременного протекания тока,- сигналы от второго. импульса прерывистого тока каждого тиристора отсутствуют. На выходах каналов контроля блока 27 запрета формируются рабочие импульсы лишь от первых импульсов прерывистого тока соответствующих тиристоров. Длительность tpj рабочих импульсов определяется длительностью импульсов прерывистого тока. На выходе 47 элемента ИЛИ 28 появляются рабочие импульсы катодной группы, а на выходе 48 элемента ИЛИ 29 импульсы анодной группы. Год действием данных сигналов запускаются соответствующие одновибраторы.

Далее (в нормальном режиме работы при наступлении аварии в момент t>) устройство защиты работает в соответствии с вышеизложенным описанием его работы в режиме непрерывного тока. При этом в режиме прерывистого тока время опережения рабо1267530 ты устройства защиты такое же, как и в режиме непрерывного тока.

Предлагаемое устройство позволяет также осуществлять защиту инвертора от нарушения проводимости тиристоров при его совместной работе с выпрямителем, так как работа устройства не зависит от скорости нарастания и амплитуды токов в тиристорах инвертора, а следовательно, и скважности импульсов, поступающих с импульсных трансформаторов. При этом устройство работает аналогично в соответствии с вышеизложенным описанием его работы в режимах пуска, непрерывного и прерывистого токов инвертора.

Таким образом, предлагаемое устройство имеет расширенные функциональные возможности и повышает на10

20 дежность защиты инвертора в режимах пуска и прерывистых токов как при раздельной, так и при совместной работе выпрямительного и инертного преобразователей.

Формулаизобретения

1. Устройство для защиты тиристорного инвертора при нарушении прово- 30 димости тиристоров, содержащее импульсные датчики по числу тиристоров инвертора, два элемента ИЛИ, два блока одновибраторов, элемент ИЛИ-НЕ, элемент НЕ, триггер и исполнитель- Э5 ный блок, причем каждый иэ импульсных датчиков предназначен для включения в цепь соответствующего тирис" тора инвертора, а выходы блоков одновибраторов подключены к входам элемента ИЛИ-НЕ, выход которого через элемент НЕ и триггер соединен с входом исполнительного блока, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения надежности работы устройства в режиме прерывистого тока инвертора при раздельной работе с выпрямителем и в режиме пуска, оно снабжено блоком запрета одновременного протекания тока,, состоящим из каналов контроля по числу тиоисторов инвертора причем входы каждо-о канала контроля этого блока под" ключены к выходам соответствующих . импульсных датчиков, выходы тех каналов контроля, которые соединены с импульсными датчиками тиристоров катодной группы инвертора, подключены к соответствующим входам первого элемента ИЛИ, а выходы каналов контроля, которые соединены с импульсными датчиками тиристоров анодной группы — к соответствующим входам второго элемента ИЛИ, выходы первого и второго элементов ИЛИ соединены соответственно с входами первого и второго блоков одновибраторов.

2. Устройство по п. 1 о т л ич а ю щ е е с я тем, что каждый канал контроля блока запрета одновременного протекания тока состоит из двух пороговых элементов, трех элементов НЕ, триггера. и элемента ИЛИ-НЕ причем в каждом канале контроля вход первого порогового элемента используется в качестве первого входа, а вход второго порогового элемента в качестве второго входа канала контроля, первый и второй входы канала контроля подключены соответственно к первому и второму выходам импульс ного датчика, предназначенного для включения в цепи контролируемого данным каналом контроля тиристора инвертора, выход первого порогового элемента через первый элемент НЕ подключен к первому входу триггера, а выход второго порогового элемента через последовательно соединенные второй и третий элементы НŠ— к второму входу триггера, прямой выход которого подключен к одному из входов элемента ИЛИ-НЕ, а инверсный выход триггера — к одному из входов . элемента ИЛИ-НЕ другого канала контроля, подключенного к импульсному датчику того тирнстора инвертора, который заканчивает работу перед началом коммутации в данном контролируемом тиристоре в порядке чередования фаз, к другому входу элемента ИЛИ-НЕ данного канала контроля подключен инверсный выход триггеi pa другого канала контроля, подключенного к импульсному датчику того тиристора инвертора, который вступает в работу первым после окончания коммутации в данном контролируемом тиристоре в порядке чередования фаз, при этом в каждом канале контроля выход элемента ИЛИ-НЕ используется в качестве выхода данного канала контроля, при этом каждый иэ импульсных .датчиков выполнен в виде импульсного трансформатора, который

ll 1267530 12 имеет две вторичные обмотки, включен- вого выхода импульсного датчика, а ные согласно, причем начало первой конец второй обмотки — в качестве обмотки используется в качестве пер- второго выхода импульсного датчика.

4S

4d а5

47 !яр

) S7

Ьл>,.44 д у 444у

72

7.7

4>и2. 3

Rut 7

Составитель О.Мещерякова

Техред И.Попович Корректор А.Тяско

Редактор А.Ревин

Заказ 5789/53 Тираж 612 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4