Способ защиты импульсного тиристорного преобразователя постоянного тока с искусственной коммутацией

 

Изобретение относится к электротехнике . Целью изобретения является повышение эффективности защиты. Напряжение на коммутирующем конденсаторе 10 может превысить паспортное значение либо в случае резкого повышения момента сопротивления движению, либо в случае резкого повышения уровня напряжения питающей сети. В этих случаях переключается компа

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 Н 02 Н 7/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4731348/07 (22) 19.06.89 (46) 30.05.91. Бюл. N. 20 (71) Криворожский металлургический комбинат им, В. И. Ленина (72) Ю. В. Трегубов, А. И. Беличенко, А. А. Воробьев, В. П. Вернигора и Н. Д. Мицная (53) 621.316.925.4(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N. 725141. кл. Н 02 Н 7/12, 1978.

Авторское свидетельство СССР

«ч . 1474787, кл. Н 02 Н 7/12, 1987;

„,. Ы„, 1653066 А1 (54) СПОСОБ ЗАЩИТЫ ИМПУЛЬСНОГО

ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ИСКУССТВЕННОЙ

КОММУТАЦИЕЙ (57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является повышение эффективности защиты. Напряжение на коммутирующем конденсаторе 10 может превысить паспортное значение либо в случае резкого повышения момента сопротивления движению, либо в случае резкого повышения уровня напряжения питающей сети. В этих случаях переключается компа1653066

20

40 ратор 9, его выходной сигнал дифференцируется дифференцирующим звеном 15 и поступает на один из входов элемента И 14.

Сигнал, пропорциональный току нагрузки, с датчика 4 тока нагрузки импульсного тиристарнаго преобразователя подается также на вход скорректированного дифференциатора блока 6 определения знака и раиз водной тока. Оптоэлектронный ключ преобразует выходной сигнал скорректиро-.

ààH,oro дифференциатора, пропорциональИзобретение относится к преобразовательной технике и может быть использована для защиты импульсных тиристарных преобразователей от перегрузок и для обеспечения работоспособности преобразователей при колебаниях напряжения питающей сети.

Цель изобретения — г:овышение эффективности защиты импульсного гиристорнаго преобразователя.

На фиг. 1 изображена функциональная схелга устройства, реализующего способ зашиты импульсного тиристорного преобразователя с искусственнсй коммутацией; на фиг. 2 — принципиальная схема устройства; на фиг. 3 — временные диаграммы работы, поясняющие принцип действия данного устройства, Устройство вкл ачает в себя генератор 1 импульсов силового тиристорэ, выход ко-орого соединен с каналом 2 управления силовым тиристорам„выход которого соединен с управляющим электродом силового тиристора 3, Датчик 4 тока подключен к усилителю 5 и блоку 6 определения знака производной тока. Выход усилителя 5 соединен с одним из входов сумматора 7, э второй вход сумматора 7 предназначен для подключения напряжения, пропорциональнога напряжению на фильтровом конденсаторе

8, Один из входов кампаратора 9 предназначен для подключения напряжения, пропорциональнага паспортному. значению напряжения на коммутирующем конденсаторе 10, а второй вход, кампаратора 9 соединен с выходом сумматора 7. К каналу 11 управления коммутирующим тиристарам, соединенному своим выходом с управляющим электродом коммутирующего тиристарэ 12, подключены генератор 13 импульсов коммутирующего тиристора и элемент И 14, один из входов которого соединен с выходом блока 6 определения знака производной тока, а к второму входу элемента И 14 ный производной тока нагрузки, в двоичный сигнал. При этом сигнал "1", соответствующий положительной производной тока, паступает на второй вход элемента И 14, а сигнал "0", соответствующий отрицательной производной тока, блокирует с помощью элемента И 14 прохождение внеочередного управляющего, импульса в канал управления коммутирующим тиристо-, рам 11 в фазе спадания тока нагрузки преобразователя, 3 ил, через дифференцирующее звено 15 подключен компаратар 9. Кроме того, устройство содержит нагрузку 16 и катушку индуктивности 17 в качестве генераторов импульсов 1 и 13 силового и коммутирующего тиристорав использованы синхронизированные между собой дифференцирующие звенья из двух компараторов 18 и 19 и задающего генератора 20 колебаний треугольной формы, э блок 6 определения знака производной тока включает в себя скорректированный дифференциатар 21 и оптоэлектранный ключ 22, В качестве компаратарав 9, 18 и 19 могут быть использованы стандартные кампаратары, выполненные на базе микросхем серии К554, В качестве усилителя 5 с коэффициентом усиления — Л/С может быть использован операционный усилитель, включенный по схеме инвертирующега усилителя. В качестве сумматора 7 может быть использован операционный усилитель, включенный по схеме сумматора. на выходе которого получают суммарный сигнал I>(t) V ÎÑ+

+Уф к.(t), в качестве каналов 2 и 11 управления силовым и коммутирующим тиристарами — формирователи импульсов, Блок 6 определения знака производной тока представляет собой последовательное соединение скорректированного дифференциатора

21, в котором может быть использован операцианный усилитель из серии К140, К 551, К553, К574 и др., и оптоэлектронного ключа

22, реализавэннога на микросхемах К262

КП 1А или К262 КП 1Б. Возможно также использование микросхем серий К249, К293 и др.

Импульсный преобразователь, реализующий способ, работает следующим образом, Ток в нагрузку 16 поддерживается на заданном уровне путем периодического включения силового тиристара 3 с последующим ега выключением при помощи конту1653066 ра, содержащего коммутирующий конденсатор 10 с емкостью С и ка1ушку индуктивности 17 с индуктивностью L, для чего включают коммутирующий тиристор 12. При включении тиристора 12 сначала происхо- 5 дит подготовительный перезаряд, а потом рабочий разряд конденсатора 10. Когда ток разряда превышает ток нагрузки преобразователя !и, тиристоры 3 и 12 закрываются и ток прекращает протекать через них в 10 нагрузку 16, При наличии задающего сигнала 0 генераторы 1 и 13 импульсов силового и коммутирующего тиристоров вырабатывают управляющие импульсы, следующие с опре- 15 деленным напряжением задания Ua скважностью j (фиг, 3, диаграммы 23 и 24). Через нагрузку 1б протекает ток !я(т), имеющий фо м, показанну.о на графике ЛО()=!п(т) х х. (/С. По этому же закону изменяется и 20 величина напряжения, до которого сверх напряжения на фильтровом конденсаторе 8 заряжается коммутирующий конденсатор

10. С датчика 4 тока нагрузки импульсного тиристорного преобразователя на входдси 25 лителя 5 с коэффициентом усиления — V !./С подается сигнал, пропорциональный току нагрузки ln(t). На выходе усилителя 5 имеется сигнал-I>(t) 4 (/С, который на сумматоре

7 складывается с напряжением, пропорци- 30 ональным напряжению — Uy.к,(t) на фильтровом конденсаторе 8. Полученная в результате сложения двух сигналов сумма

Ip(t) ГС+Оф.к,(t) на компараторе 9 сравнивается с напряжением, пропорциональ- 35 ным паспортной величине допустимого напряжения Uc .nacn. на коммутирующем конденсаторе 10. Сигнал переключения, компаратора 9 дифференцируется дифференцирующим звеном 15 и поступает на 40 один из входов элемента И 14.

Сигнал, пропорциональный току нагрузки !п(т), с датчика 4 тока нагрузки импульсного тиристорного преобразователя подается также на вход скорректированного 45 дифференциатора 21 блока б определения знака производной тока. Оптоэлектронный ключ 22 преобразует выходной сигнал скорректированного дифференциатора

21, пропорциональный производной тока 50 нагрузки, в двоичный сигнал. При этом сигнал н1", соответствующий положительной производной тока, поступает на второй вход элемента И 14, а сигнал "0", соответствующий отрицательной производной, блскиру- 55 ет с помощью элемента И 14 прохождение внеочередного управляющего импульса в канал управления коммутирующим тиристором 11 в фазе спадания тока нагрузки преобразователя.

Рассмотрим три возможных случая работы имг ульсного тиристорного преобразователя. !. В фазе нарастания тока нагрузки преобраз:;;ателя, т.е. после прихода импульса на силовой тиристор 3, резко возрастает момен:. сопротивления движению М, Следовательно, начинает увеличиваться ток импульсного тиристорного преобразователя

Ill(t) и псойорциональное ему напряжение

Л 0(t)=tl (т) V (/С доэаряда коммутирующего конденсатора 10. На сумматоре 7 напряженне и U(tj=l,(t) ттГС складывается с налряжением фильтрового конденсатора 8 О!.к,(t).

Суммарное напря>кение U«(t) и есть то напряжение, до которого заряжается коммутирующий конденсатор 10, если управляющий мпульс. открывающий силовой тиристор 3, поступает на управляющий электрод силового тиристора 3 в момент времени т1 (на диаграмме 23 фиг. 3 показана последовательность управляющих импульсов, поступающих на силовой тиристор 3). Линия

Оск.пасп, величина паспортного значения напряжения коммутирующего конденсатор3 10. Компаратор 9 (фиг, 2) сравнивает наппях<ение Оск® с напря>кением UcK.na n, и переключается в момент превышения напряжением U«(t) напря>кения Оск.пасп. Дифференцирующее звено 15 дифференцирует сигнал переключения компаратора 9, который поступает на элемент И 14. В фазе нарастания тока нагрузки преобразователя с выхсда блока 6 определения знака производной тока на второй вход элемента И 14 поступает сигнал "1", разрешающей прохо>кдение внсочередного управляющего импульса А в канал управления 11 коммутирующим тиристором (фиг, 3). На фиг. 3 штрихпунктирной линией после момента времени г2 показана форма напряжения ЛО дозаряда коммутирующего конденсатора 10 и полного напряжения U«на коммутирующем конденсаторе 10, которая была бы при отсутствии внеочередного импульса А, l!. В фазе нарастания тока нагрузки преобр зователя в момент времни гз резко повышается напряжение в питающей сети и, как следствие, увеличивается напряжение

Uy к (t) на фильтровом конденсаторе 8. Сумма I,,(t) < 1./С+Оф,к,(t)=U«(t) увеличивается до момента сравнения с паспортным значением напряжения Ut«,просп, на коммутирующем конденсаторе 10. В момент превышения суммарного сигнала величины Ut«,пасп. компаоатор 9 перекг!ючается, дифференцирующее звено 15дифференцирует сигнал переключения компаратора 9. Производная тока нагрузки преобразователя положи1653066 тельна, поэтому блок 6 определения знака и роиэводной тока выдает сигнал, соответствующий "1". Этот сигнал обеспечивает прохождение через логический элемент И 14 сигнала рассогласования между паспортным и превышающим его действительным значением напряжения на коммутирующем конденсаторе в канал 11 управления коммутирующим тиристором, где формируется внеочередной управляющий импульс Б в момент 73 (см. фиг. 3). Штрихпунктирной линией после момента хз показана форма напряжения, которая имела бы место без подачи внеочередного импульса Б.

lit. Резко повышается уровень напряжения питающей сети в фазе спадания тока нагрузки преобразователя, Как и в предыдущем случае, за счет увеличения напряжения на фильтровом конденсаторе увеличивается напряжение коммутирующего конденсатора 10 и в интервале между моментами т и

-,: (фиг, 3) превышает. свое паспортное значение, а с момента ть входит в допустимые пределы из-за постоянного уменьшения составляюще Л0=1<(t) V /С.

В момент тд компаратор 9 переключается, выходной импульс дифференцируащего звена 15 поступает на один из входов элемента и 14, где блокируется поступающим на второй вход элемента И 14 сигналом. соответствующим "0", с блока 6 определения знака производной тока, Постоянный контроль знака производной тока нагрузки преобразователя делает защиту импульсного тиристорного преобразователя более избирательной, обеспечивает блокирование внеочередного управляющего импульса коммутирующего тиристора B фазе спадания тока нагрузки преобразователя, предотвращающее срыв коммутации тока при поступлении очередного рабочего импульса на коммутирующий тиристор(промежуток времени между поступлением вне-" очередного управляющего импульса, после которого происходит разряд коммутирующего конденсатора и следующего рабочего

5 импульса коммутирующего тиристора, не-. достаточен для накопления коммутирующим конденсаторо заряда, необходимого для надежной коммутации тока). Кроме этого, исключение работы коммутирующего контура вхолостую в фазе спадания тока нагрузки преобразователя повышает КПД преобразователя, а также увеличивает его срок службы.

Формула изобретения

Способ защиты импульсного тиристорного преобразователя постоянного тока с искусственной коммутацией, заключающийся в том, что контролируют напряжение питающей сети и ток нагрузки, сигнал, пропорциональный току нагрузки, усиливают на величину, численно равную квадратному корню из отношения величины коммутирующей индуктивности к величине коммутирующей емкости. суммируют его с сигналом, пропорциональным напряжению питающей сети, результирующий сигнал сравнивают с сигналом, пропорциональным предельно допустимому значению напряжения на коммутирующем конденсаторе. и при превышении результирующего сигнала над предельно допустимым формируют по переднему фронту сигнала рассогласования внеочередной управляющий импульс на коммутирующийтиристор,отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности защиты, контролируют знак производной тока нагрузки преобразователя и подают сформированный внеочередной управляющий импульс на коммутирующий тиристор только при нарастании тока нагрузки прообразователя.

1653066

1653066

Uce(t)- с,()Ю ° I

0Фк () !

1 / 2

Составитель О,Мещерякова

Редактор Л.Пчолинская Техред M,Mîðãåíòàë Корректор С.Черни

Заказ 1777 Тираж 395 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета flo изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР .113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

1 !

-тI 2

1 !

fly иу.() (Xg

Фиг 3

1 !

I ! !