Способ защиты преобразователя напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах защиты преобразователей, работающих на два одинаковых выходных канала. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения защиты от внутренних повреждений. Для достижения поставленной цели ведут контроль тока во входной цепи преобразователя 1 с помощью второго трансформатора 38 тока (ТТ) узла 9 защиты, первичная обмотка 39 которого включена в цепь последовательно с первичной обмоткой 5 выходного трансформатора 4. На двух вторичных обмотках 40 и 41 второго ТТ 38 наводится напряжение, пропорциональное току в его первичной обмотке 39, формируется первый сигнал, пропорциональный току входной цепи . Проводят контроль разности токов в выходных каналах с помощью первого ТТ 33 узла 9 защиты с двумя первичными обмотками 34 и 35. Каждая из которых включена последовательно в цепь соответствующих вторичных обмоток 6 и 7 выходного трансформатора 4. Витки первичных обмоток 34 и 35 первого ТТ 33 включены встречно, поэтому в двух вторичных его обмотках 36 и 37 наi (Л со о со о 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„ЯО„„1309168 А1 (5ц 4 Н 02 Н 7/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ,:,"(.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

БМйл г

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3956707/24-07 (22) 25.09.85 (46) 07.05.87. Бюл. № 17 (72) В. В. Петров и В. Я. Гавриленко (53) 621.316.925.4 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 904087, кл. Н 02 Н 7/12, 1980.

Авторское свидетельство СССР № 1001362, кл. Н 02 М 3/335, Н 02 М 7/12, 1981. (54) СПОСОБ ЗАЩИТЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах защиты преобразователей, работающих на два одинаковых выходных канала. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения защиты от внутренних повреждений. Для достижения поставленной цели ведут контроль тока во входной цепи преобразователя 1 с помощью второго трансформатора 38 тока (ТТ) узла 9 защиты, первичная обмотка 39 которого включена в цепь последовательно с первичной обмоткой 5 выходного трансформатора 4. На двух вторичных обмотках 40 и 41 второго ТТ 38 наводится напряжение, пропорциональное току в его первичной обмотке 39, формируется первый сигнал, пропорциональный току входной цепи. Проводят контроль разности токов в выходных каналах с помощью первого ТТ 33 узла 9 защиты с двумя первичными обмотками 34 и 35. Каждая из которых включена последовательно в цепь соответствующих вторичных обмоток 6 и 7 выходного трансформатора 4. Витки первичных обмоток 34 и 35

CD первого ТТ 33 включены встречно, поэтому у в двух вторичных его обмотках 36 и 37 íà- lpga

1309168 водится напряжение, пропорциональное разности токов в выходных каналах. Таким образом, формируется второй сигнал, пропорциональный абсолютному значению разности токов в выходных каналах, приведенной к входной цепи путем последовательносогласного соединения первых вторичных обмоток первого ТТ 33 и второго ТТ 38 и подключения их крайних выводов к вхоИзобретение относится к электротехнике и может быть применено в устройствах защиты преобразователей, работающих на два одинаковых выходных канала.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения защиты от внутренних повреждений.

На чертеже представлена электрическая принципиальная схема устройства для зашиты преобразователя, реализующего способ.

Устройство для защиты преобразователя напряжения содержит узел 1 преобразования на силовых ключах 2 и 3 и выходном трансформаторе 4 с первичной 5 и вторичными 6 и 7 обмотками, исполнительный орган 8 и узел 9 защиты. Управляющие переходы силовых ключей 2 и 3 узла 1 преобразования через ограничивающие резисторы 10 и 11 подсоединены к обмоткам 12 и 13 положительной обратной связи трансформатора 4 и одновременно через диоды 14 и 15 и дополнительные обмотки 16 и 17 трансформатора 4 к первичным обмоткам 18 и 19 дросселей 20 и 21 исполнительного органа 8.

Вторичные обмотки 22 и 23 дросселей 20 и 21 одними выводами объединены и подключены к средней точке емкостного делителя, образованного конденсаторами 24 и 25, а другими через выпрямительные диоды 26 и 27 к последовательно включенным переходам транзисторов 28 и 29 разного типа проводимости, эмиттеры которых объединены и подключены к средней точке емкостного делителя 24 и 25, а базы через вход исполнительного органа 8 подключены к выходу узла 9 защиты. Узел 9 защиты выполнен в виде двух выпрямителей 30 и 31, порогового элемента 32, первого трансформатора 33 тока, с двумя первичными 34 и 35 и двумя вторичными 36 и 37 обмотками и второго трансформатора 38 тока с одной первичной 39 и двумя вторичными 40 и 41 обмотками. Первичная обмотка 39 трансформатора 38 тока через один вход узла 9 защиты включена в цепь последовательно с

10 l5

40 ду первого выпрямителя 30 узла 9 защиты, последовательно-встречного соединения вторых вторичных обмоток первого ТТ ЗЗ и второго ТТ 38 и подключения их крайних выводов к второму выпрямителю 31 узла 9 защиты, выход которого одновременно соединен с выходом первого выпрямителя 30 и через пороговый элемент 32 узла 9 защиты к входу исполнительного органа. 1 ил. первичной обмоткой 5 выходного трансформатора 4, другие выводы этих обмоток подсоединены к обшей точке конденсаторов 24 и 25 и общей точке силовых ключей 2 и 3.

Каждая из первичных обмоток 34 и 35 первого трансформатора ЗЗ тока через входы узла 9 защиты включена последовательно в цепь соответствующих вторичных обмоток 6 и 7 выходного трансформатора 4 узла

1 преобразования. Первая вторичная обмотка 40 второго трансформатора 38 тока соединена последовательно-согласно со второй вторичной обмоткой 37 первого трансформатора 33 тока, а их крайние выводы подключены к входу первого выпрямителя 30.

Вторая вторичная обмотка 41 второго трансформатора 38 тока соединена последовательно-встречно с первой вторичной обмоткой 36 первого трансформатора 39 тока и их крайние выводы подключены к входу второго выпрямителя 31, выход которого одновременно соединен с выходом первого выпрямителя 30 непосредственно и подключен через пороговый элемент 32 к базам транзисторов 28 и 29 исполнительного органа 8. Обмотки 40 и 41, 34 и 35, 36 и 37 попарно должны иметь одинаковое количество витков.

Введем обозначения: i, — ток во входной .ю цепи преобразователя; 1а, 1 — токи в выходных каналах; U — первый сигнал; U — второй сигнал; Uz —— U, + U — сумма первого и второго сигналов; U> — заданное значение; U — сигнал защиты.

Для дальнейшего анализа выразим величины U> U>, U<, U, U, через величины

1а, i :, для чего обозначим: К, — коэффициент пропорциональности между токами входной цепи и сигналами Ui, U ; К коэффициент приведения токов выходных каналов ко входной цепи; fj(i, — i )f — абсолютное значение разности токов в выходных каналах; 1„ — номинальное значение тока в каждом из выходных каналов; Ь1а, — — — соответственно абсолютное и отноЬ1а

1а сительное приращение тока в одном из выходных каналов, при котором срабатывает

1309168 исполнительный орган защиты в устройстве, реализующем способ.

Тогда первый сигнал U,, пропорциональный току входной цепи i„,выразится

U, = К,.i). (1)

Ток входной цепи i выразится через токи 4, 1, в выходных каналах:

ii = Кг(ié+ ) ° (2)

Абсолютное значение разности токов (i* — 1 ) в выходных каналах приводится к входной цепи выражением

Кг =(г г), Второй сигнал U ÷åðåç выражение Кг(i 4г) и коэффициент К, выразится:

Ua = Ki Кг (i i ). (3)

Подставим (2) в (1) и получим

1 1 К1 Кг (1г + г) .

Сумма первого и второго сигналов 11 имеет выражение:

U =1А+Ut.=К, К,(i +iz) +К,-К,J(i — — 4) J = К Кг ((, +, ) +1(г — г) () (4)

Заданное значение U получается из выражения (4) в частном его случае, когда ток в каждом из выходных каналов равен номинальному значению 1г, т. е. l .г

i = I и i, = I>, тогда

1,= К,.К,((i, + 1,) +)(i,— 1,) 0 =

= К,.К .21,. (5)

Сигнал защиты Ue характеризуется чувствительностью, которая оценивается так называемым коэффициентом чувствительности К, определяемым при перегрузках или коротких замыканиях. В данном случае коэффициент чувствительности К з равен отношению расчетных (ожидаемых) величин, т. е. отношению суммарного сигнала U к заданной величине Uq

К UË$ (6)

Этот коэффициент при перегрузках, коротких замыканиях и внутренних повреждениях должен превышать единицу как минимум на величину — — (абсолютное прираще ьЬ

1а ние тока в одном из выходных каналов).

Для того, чтобы убедиться в этом и по.казать работу способа рассмотрим ряд характерных частных случаев, используя полученные выше выражения (1) — (6) .

Предположим, ток U в первом выходном канале стал равным iq — — lг+ ь1г, а во втором выходном канале i I, тогда из выражения (4) следует

=К К ((Ià+ь1, +i;)+ ((I + nlrb )() К! К2 (1 + 12,+ 4 + g + 12 — 1, ) = К,- К; 2 (1, + д1, )

Из выражения (6) следует, что коэффициент чувствительности

3 К .К -gf 1ф т. е. он превышает единицу на величину

41г

1г

Если в рассмотренном выше случае ток

1г = 1г+Л1„а i> = О, то результат из выражения 7 будет такой же

Кз=1+

Предположим теперь в первом выходном . г канале ток i стал i i„a во втором ъыходном канале i = I +BI, тогда из выражения (4)

Us = K,. Кг((1га+ 1г+ ь1г) +((ii — I*—

hit) () = К! Кг(2 + 1г+ 61г.— р. +

+1 + й1г ) = К1 К 2(1г + 1а) .

Из выражения (6) следует, что коэффициент чувствительности

K() а 2(1г+ й1г) 1 + Ь1г

3 К,.) -Я1 + lг т. е. тоже превышает единицу на величину ь1

12

При внешних коротких замыканиях и внутренних повреждениях, связанных, например, с пробоем витков трансформатора преобразователя во входной цепи устройств, реализующих способ, развивается ток, значительно превышающий ток от рассмотренных выше перегрузок током 1г+ ь1г. Поэтому суммарный сигнал Ug (выражение 7) превысит значение К,- К -2(I + ь1г), а в свою очередь коэффициент чувствительности К

Ь1г

30 превысит значение 1 + †1 (8). г

Из приведенного анализа видно, что при всех авариях, связанных с увеличением тока в каждом из выходных каналов выше допустимого или при внутренних повреждениях, сумма первого и второго сигнала U становится больше заданного значения U3, иными словами, коэффициент чувствительности

К, становится больше единицы как минимум на величину — —, т. е. функциональные

Л!г

1г

4О возможности предложенного способа шире, чем у известного при одинаковом с известным способом двойном контроле тока.

Устройство работает следующим образом.

Узел 9 защиты вырабатывает на своем

45 выходе сигнал при перегрузке по любому из выходных каналов или внутренних повреждениях узла преобразования, например, вызванных пробоем витков выходного трансформ а тора.

По первичной обмотке 39 второго трансформатора 38 тока протекает ток, пропорциональный сумме токов в обоих выходных каналах. На вторичных обмотках 40 и 41 второго трансформатора 38 тока наводится напряжение, пропорциональное току в первичной обмотке 39. По первичным обмоткам 34 и 35 первого трансформатора 33 тока протекут токи соответственно первого и второго выходных каналов. Ампер-витки

1309168

Формула изобретения

Составитель О. Мешерякова

Редактор Г. Волкова Техред И. Верес Корректор М. Самборская

Заказ 443 48 Тираж 619 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 415

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 обмоток 34 и 35 включены встречно, поэтому во вторичных обмотках 36 и 37 наводится напряжение, пропорциональное разности токов в выходных каналах. Выбором витков обмоток 36 и 37 напряжение на них приводится к входной цепи.

Предположим перегрузка произошла в первом выходном канале (связан с обмоткой 6), тогда напряжение обмоток 40 и 37 трансформаторов 38 и ЗЗ тока сложится, а напряжение обмотки 36 вычитается из напряжения обмотки 41. Суммарное напряжение обмоток 40 и 37, выпрямленное выпрямителем 30, превысит напряжение порогового элемента 32 и через управляющие переходы транзисторов 28 и 29 пройдет ток и откроет их.

Через выпрямительные диоды 26 и 27 и открытые транзисторы 28 и 29 шунтируются обмотки 22 и 23 индуктивных элементов 20 и 21, что приводит к уменьшению напряжения на обмотках 18 и 19. Это приводит к за- 20 пиранию открытого в этот полупериод, например, силового ключа 2 за счет разного увеличения тока через диод 14 от дополнительной обмотки 16 трансформатора 4 и снижению базового тока этого ключа (силовой ключ 3 в этот полупериод закрыт) . В результате происходит срыв генерации узла 1 преобразования. Аналогичные процессы протекают в случае, когда к моменту возникновения перегрузки открыт силовой ключ

3 и закрыт ключ 2. При этом уменьшение напряжения на обмотке 19 вызывает увеличение тока через диод 15 и уменьшение базового тока ключа 3.

Предположим перегрузка произошла во втором выходном канале (связан с обмот- 35 кой 7). Тогда напряжение обмоток 41 и 36 трансформаторов 38 и 33 сложится, а напряжение обмотки 37 вычитается из напряжения обмотки 40. Суммарное напряжение обмоток 41 и 36, выпрямленное выпрямителем 31, превысит напряжение порогового элемента 32 и через управляющие переходы транзисторов 28 и 29 пройдет ток и откроет их.

Далее процессы аналогичны процессам при перегрузке в первом выходном канале.

При внешних коротких замыканиях и внутренних повреждениях, связанных, например, с пробоем витков трансформатора узла преобразования через первичную обмотку 5 выходного трансформатора 4 и через обмотку 39 развивается ток, значительно превышающий ток от перегрузок. Поэтому напряжение, наводимое на обмотках 40 или 41 (даже независимо от напряжения, наводимого на обмотках 37, 36) и выпрямленного одним из выпрямителей 30 и 31, будет превышать величину порогового элемента. Далее процессы повторяются.

Способ защиты преобразователя напряжения, работающего на два одинаковых выходных канала, заключающийся в том, что контролируют токи в силовых цепях каждого выходного канала, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения защиты от внутренних повреждений, контролируют ток во входной силовой цепи преобразователя, контролируют разность токов в силовых цепях выходных каналов, формируют первый сигнал, пропорциональный току во входной силовой цепи преобразователя, и второй сигнал, пропорциональный абсолютному значению разности токов в силовых цепях выходных каналов, приведенной к входной силовой цепи, после чего сумму полученных первого и второго сигналов сравнивают с заданным значением, при превышении которого формируют сигнал защиты.