Устройство для защиты тиристоров преобразователя от перенапряжений

 

Изобретение относится к электротехнике , в частностик преобраJ зовательной технике, и может быть использовано в различных устройствах,- содержащих полупроводниковые вентили . Целью изобретения является повышение надежности и снижение установленной мощности ограничителей, напряжения . При перенапряжениях импульсы тока передаются через трансформатор тока 7 на функциональный преобразователь 8, моделирующий тепловую постоянную времени защищаемьк тиристоров 1, 2 и 3. При превышении порога срабатывания порогового элемента 9 поступает сигнал на исполнительный элемент 10, снимающий импульсы управления. Установленная мощность ограничителей напряжения 4, 5 и 6 снижается за счет ограничения длительности перенапряжения. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. i (Л (О сх 00 00 го фиг.1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 Н 02 Н 7/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3747918/24-07 (22) 01. 06. 84 . (46) 07.02.87. Бюл. И 5 (71) Уфимский авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (72) А.Б.Иванов, С,Д.Короткин, C

А.А.Фаткуллин и Р.Г.Юнусов (53) 621.316.925.4(088.8) (56) Лекоргийе Ж..Управляемые электрические вентили и их применение.

M. Энергия, 1971, с. 153, рис.2-4.

Чебовский О.Г. и др. Силовые полупроводниковые приборы. М.: Энергия, 1975, с. 88. (54) УСТРОЙСТВО длЯ ЗАЩИТЫ тиРИСТОРОВ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобра„„SU„„1288812 А 1 зовательной технике, и может быть использовано в различных устройствах, содержащих полупроводниковые вентили. Целью изобретения является повышение надежности и снижение установленной мощности ограничителей напряжения. При перенапряжениях импульсы тока передаются через трансформатор тока 7 на функциональный преобразователь 8, моделирующий тепловую постоянную времени защищаемых тиристоров 1, 2 и 3. При превышении порога срабатывания порогового элемента 9 поступает сигнал на исполнительный элемент 10, снимающий импульсы управления. Установленная мощность ограничителей напряжения 4, 5 и 6 снижается за счет ограничения длительности перенапряжения. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. 1288812

ОГР ОГР о

Т = Т +

ОКР cm (2) где Т,„, t и.„ f i at -Ó (т-т )

ОГР О ОГР 7 ОКР (3) Т = Т,„+

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в различных устройствах, содержащих полупроводниковые вентили. 5.

Цель изобретения — повышение надежности и снижение установленной мощности.

На фиг. 1 приведена схема вентиль ного узла с устройством для защиты 10 тиристоров; на фиг. 2 — вариант исполнения функционального преобразователя; на фиг. 3 — схема вентильного узла с устройством для защиты с вариантом включения исполнительного элемента защиты; на фиг. 4 — временные диаграммы, поясняющие функционирование устройства для защиты тиристоров полупроводникового преобразователя.

Вентильный узел полупроводникового преобразователя с устройством для защиты (фиг. 1) состоит из последо-. вательно соединенных вентилей 1 — 3 25 (для конкретного случая на фиг. 1 взяты три тиристора) с параллельно соединенными ограничителями 4-6 напряжения, подключенными к вентилям через три первичные обмотки трансформатора 7 тока, вторичная обмотка которого подсоединена к входу функционального преобразователя 8, выход последнего через пороговый элемент 9 подключен к исполнительному элементу 10 защиты.

Устройство работает следующим об разом.

При нормальном функционированиивентильного узла и при номинальных 40 напряжениях на вентилях 1 — 3 (фиг. f) ограничители 4-6 не вступают в работу и через первичные обмотки трансформатора 7 тока ток не протекает (см. временные диаграммы фиг. 4). 45

При возникновении каких-либо аварийных режимов, связанных с превышением напряжения на вентилях номинального значения ограничители 4-6 напряжения, которые выбираются по максимально

t допустимому чапряжению вентилей

1-3 вступают в работу, ограничивают напряжение на вентилях (U, Ф фиг. 4) и через первичные обмотки трансформатора 7 тока протекает ток

ОГР 4,5,5 (фиг. 4) . Импульсы тока через ограничители 4-6 напряжения преобразуются в постоянный сигнал

БО, нарастающий в функции их амплитуды и скважности, с помощью функционального преобразователя 8.

При достижении выходным сигналом порога срабатывания порогового эле мента 9 Б „,Р (фиг. 4) последний вьдает сигнал U на включение исполнительного элемента 10 защиты, снимающего управляющие импульсы

Б „„Р с тиристоров 1-3.

Существенным для надежного функционирования вентильного узла является выбор параметров функционального преобразователя 8. Наиболее рациональным является получение на выходе функционального преобразователя сигнала, пропорционального температуре структуры ограничителей напряжения, которая определяется вьделяемой в них энергией И,, выражая эту энергию через напряжение ограничения БГ,ток i„, и время получаем:

t что, учитывая постоянство U равОГР носильно:

При отсутствии теплоотдачи в окружающую среду температура структуры ограничителя напряжения Т равна — температурР окружающей среды; с и m — удельная теплоемкость и масса структуры ограничителя напряжения.

С учетом теплоотдачи (пренебрегая теплоотдачей излучением) можно записать с учетом (1) и (2) 1288812

15 выражение

50 где g — удельная теплопроводность т ограничителя напряжения среда.

Анализируя формулу (3), можно сделать вывод, что температура структуры ограничителя напряжения определяется интегралом тока за вычетомпотерь тепла в окружающее пространство.

Одним из вариантов моделирования формулы (3) (т.е. вариант исполненич функционального преобразователя фиг. 1) является исполнение в виде, показанном на фиг. 2 (остальные элементы см. Фиг. 1). Трансформатор 7 тока подключен к параллельной RC †цепочке и одновременно к входу порогового элемента 9.

Конденсатор RC — цепочки выполняет функцию интегратора тока ограничителей напряжения, т.е. моделирует

Формулы (3), а резистор моделирует теплоотдачу в окружающую среду, т.е. выражение g,(Т вЂ” Т„, ) с из формулы (2).

Таким образом, указанная RC-цепочка является функциональным преобразователем сигнала тока ограничителей напряжения в сигнал, пропорциональный температуре последних.

На фиг. 4 (временная диаграмма

U ) показано как при прохождении импульсов тока через ограничители

4-6 напряжения (фиг. 1) изменяется сигнал на выходе функционального преобразователя 8, отражая нарастание температуры структуры ограничителя напряжения. При достижении выходным сигналом (U ) функционально8 го преобразователя 8 порога срабатывания порогового элемента 9 (Б„„ ) последний выдает сигнал на включение исполнительного элемента защиты.В функции исполнительного элемента защиты входит снижение напряжения на вентильном узле до допустимого уровня, при котором ограничители напряжения еще не вступают в работу и не пропускают через себя ток . Такое снижение напряжения может быть достигнуто, например, с помощью или полного отключения источника питания, или частичного снижения величины его напряжения, или изменения режима работы вентильного узла.

На фиг. 3 приведен вариант выполнения исполнительного -. чемента защиты. Основная структура и обозначения соответствуют фиг. 1. При возникновении нарушения режима в виде превышения номинального значения напряжения на вентилях 1 — 3 ограничители напряжения 4 — 6 пропускают через себя ток, ограничивая величину напряжения. Через трансформатор 7 тока и функциональный преобразователь 8 сигнал поступает на пороговое устройство 9, при срабатывании которого включается исполнительный элемент

10 защиты. Исполнительный элемент защиты установлен в цепи управления вентилями вентильного узла и при отсутствии сигнала от порогового устройства 9 пропускает, импульсы управления на вентили 1 — 3. После поступления сигнала от порогового элемента (9) (временные диаграммы U < и

U q p, ) исполнительный элемент

10 защиты прекращает подачу импульсов управления на вентили 1 — 3.

Как известно, статическое распределение напряжения на вентилях в преобразовательных устройствах по величине всегда меньше напряжения в процессе работы, в частности за счет отсутствия коммутационных перенапряжений. По этой причине после снятия импульсов управления напряжение на вентилях значительно снижается (см. временные диаграммы U фиг. 4) до значения U статического го напряжения, режимы перенапряжения над номинальными значениями ликвидируются. В момент снятия управления возможен кратковременный подъем напряжения, который также ограничивается ограничителями напряжения и не снижает надежности работы вентильного узла в целом.

Формул а и з о б р е т е н и я

1. Устройство для защиты тиристоров преобразователя от перенапряжений, содержащее ограничители напряжения по числу защищаемых тиристоров, предназначенные для подключения параллельно защищаемым тиристорам, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и снижения установленной мощности, введены трансформатор тока, функциональный преобразователь, пороговый и исполнительный элементы,при1288812 чем функциональный преобразователь выполнен в виде соединенных параллельно резистора и конденсатора, первичные обмотки трансформатора тона включены последовательно с соответствующими ограничителями напряжения, вторичная обмотка подключена к входу функционального преобразователя, выход которого через

1 пороговый элемент соединен с входом исполнительного элемента.

2. Устройство по гп. 1 и 2, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что исполнительный элемент выполнен в виде блока запрета управляющих импульсов, .предназначенного для последовательного включения в цепи управляющих электродов защищаемых тиристоров.

1288812

Составитель В.Широков

Техред М.Ходанич Корректор В.Бутяга

Редактор С.Патрушева

Заказ 7818/53 Тираж 641 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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