Устройство для защиты тиристорного преобразователя от аварийных токов

 

Изобретение относится к электротехнике . Сущность изобретения: устройство содержит подвижный и неподвижный силовые контакты 1 и 2, служащие для подключения входного вывода тиристорного преобразователя и выходного вывода сети переменного тока, пружину 3, разомкнутый магнитопровод 4, на котором расположена удерживающая катушка 5 и размагничивающая катушка 6, цепочку последовательно соединенных тиристора 7 и резонансной LC-цепи 8,9, подключенной к размагничивающей катушке, датчик тока 10, выпрямитель 11, компаратор 12, формирователь уставки тока 13, формирователь импульсов управления 14, зарядный узел 15, ограничительный резистор 16. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s>)5 Н 02 Н 7/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4762460/07 (22) 28,11.89 (46) 23.06.92. Бюл. ¹ 23 (71) Сибирский завод комплектного электропривода (72) P.Ä.Âàëååâ и Ю,Ф.Конев (53) 621.316.925.4 (088.8) (56) Тихменев Б.М„Трахтман Л.М. Подвижной состав электрифицированных железных дорог. — M. Транспорт, 1980, с, 353-354.

Там же, с. 348-349, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ OT АВАРИЙНЫХ ТОКОВ (57) Изобретение относится к электротехнике. Сущность изобретения: устройство со. Ж „, 1742934 А1 держит подвижный и неподвижный силовые контакты 1 и 2, служащие для подключения входного вывода тиристорного преобразователя и выходного вывода сети переменного тока, пружину 3, разомкнутый магнитопоовод 4, на котором расположена удерживающая катушка 5 и размагничивающая катушка 6, цепочку последовательно соединенных тиристора 7 и резонансной

LC-цепи 8, 9, подключенной к размагничивающей катушке, датчик тока 10, выпрямитель

11, компаратор 12, формирователь уставки тока 13, формирователь импульсов управления 14, зарядный узел 15, ограничительный резистор 16. 2 ил.

1742934

10

20

30

Изобретение относится к электротехнике и может быть применено в устройствах токовых защит силовых цепей тиристорных преобразователей тяговых приводов электроподвижного состава переменного тока как с коллекторными, так и с бесколлекторными тяговыми двигателями.

Известно устройство для защиты от аварийных токов тиристорного преобразователя, представляющее собой главный выключатель, установленный в первичную цепь тягового трансформатора электроподвижного состава переменного тока, содержащий силовые контакты, пневмосистему с клапанами, рычажную систему, датчик тока, отключающий электромагнит, подключенный к выходу датчика тока.

Недостатком известного устройства является низкое быстродействие и, следовательно, низкая эффективность защиты от аварийных токов, Указанный недостаток обусловлен тем, что в момент возникновения перегрузки по току и последующего возбуждения отключающего электромагнита приводится в действие механическая рычажная система, воздействующая на выключающий клапан, в результате чего воздух из главного резервуара пневмосистемы начинает поступать в дугогасительную камеру, затем при достижении давления воздуха в дугогасительной камере определенной величины производится размыкание силовых контактов, при этом подвижный контакт, сдвигаясь под действием давления воздуха, преодолевает давление нажимной пружины, Таким образом, поскольку процесс срабатывания механической системы отключения и процесс нагнетания давления воздуха в дугогасительной камере пневмосистемы протекает в течение длительного интервала времени при отключении аварийного тока, можно утверждать, что известное устройство защиты обладает низким быстродействием.

Общими признаками данного известного технического решения и предлагаемого изобретения являются силовые контакты, один из которых подвижный, и датчик тока, Известно также устройство для защиты от аварийного тока тиристорного преобразователя, содержащее подвижный и неподвижный силовые KoHTBKTbl, магнитопровод, удерживающую и размагничивающую катушки, размещенные на магнитопроводе, магнитный шунт, подключенный параллельно размагничивающей катушке и одним выводом подключенный кодному из силовых контактов, пружину, закрепленную между корпусом устройства и подвижным контактом.

Недостатком известного устройства является низкое быстродействие защиты от аварийных токов тиристорного преобразователя.

Указанный недостаток обусловлен тем, что при питании тиристорного преобразователя переменным током в момент возникновения перегрузки устройство способно отключить аварийный ток только в течение одного из полупериодов переменного тока, а именно, втечениетого полупериода, когда направление магнитного потока в магнитопроводе, созданного аварийным током в размагничивающей катушке, направлено навстречу магнитному потоку удерживающей катушки. Таким образом, поскольку максимальное время отключения аварийного тока в сети переменного напряжения частотой 50 Гц составляет более 12-14 мс, можно утверждать, что известное устройство обладает низким быстродействием защиты.

Обшими признаками данного известного технического решения и предлагаемого изобретения являются подвижный и неподвижный силовые контакты, пружина, закрепленная между основанием устройства и подвижным контактом, магнитопровод, удерживающая и размагничивающая катушки, размещенные на магнитопроводе.

Для современных полупроводниковых преобразователей устройств электроподвижного состава требуется высокая надежность работы силовых элементов, стойкость к аварийным перегрузкам, быстродействующая защиты от аварийных токов. Одним из способов надежной защиты силовых полупроводниковых приборов управляемых преобразователей тяговых приводов электровозов переменного тока является применение быстродействующих устройств защиты от аварийных токов в первичных цепях преобразователей. Таким образом, проблема создания быстродействующих устройств защиты является актуальной задачей.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, а именно, повышение эффективности защиты от аварийных токов за счет увеличения быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство защиты тиристорного преобразователя от аварийных токов, содержащее выключатель, выполненный в виде подвижного и неподвижного силовых контактов, предназначенных для последовательного включения в защищаемую цепь, пружину, закрепленную между корпусом выключателя и подвижным контактом, магнитопровод с размещенными на нем удер1742934 живающей катушкой, подключенной к источнику постоянного тока, и размагничивающей катушкой, дополнительно вводятся датчик тока, двухполупериодный выпрямитель, компаратор, источник напряжения уставки тока, тиристор, формирователь импульсов управления тиристором, резистор, вспомогательный источник питания, резонансная LC-цепь, содержащая по крайней мере два дросселя и два конденсатора, причем выход датчика тока, включенного в защищаемую цепь, через двухполупериодный выпрямитель подключен к первому входу компаратора, второй вход которого соединен с выходом источника напряжения уставки, а выход компаратора через формирователь импульсов управления тиристором подключен к управляющему электроду тиристора, при этом отрицательный вывод вспомогательного источника питания соединен с катодом тиристора и с первыми выводами всех конденсаторов, вторые выводы которых подключены к первым выводам соответствующих дросселей, соединенных между собой последовательно, положительный вывод вспомогательного источника питания через резистор подключен к второму выводу одного из дросселей, несоединенному. с конденсатором, и к первому выводу размагничивающей катушки, второй вывод который подключен к аноду тиристора.

Введение датчика тока, двухполупериодного выпрямителя, источника напряжения уставки тока, компаратора и формирователя импульсов управления тиристором, соединенных указанным способом, позволяет обнаружить момент превышения силовым током допустимой величины и сформировать сигнал на срабатывание защиты от аварийного тока, введение зарядного узла и цепочки последовательно соединенных тиристора и резонансной распределенной LCцепи, соединенных указанным образом, позволяет по сигналу защиты сформировать импульс тока, который протекая через размагничивающую катушку, создает в магнитопроводе магнитный поток, равный по величине и противоположный по направлению магнитному потоку, созданному удерживающей катушкой.

В результате снижения суммарного магнитного потока силовые контакты выключателя перестают удерживаться в замкнутом состоянии, подвижный контакт под действием растягивающей пружины сдвигается в отключенное состояние,что разрывает цепь протекания аварийного тока и защищает силовые элементы тиристорного прес бразовател я. Пос кол ьку освобождение

55 подвижного силового контакта из включенного состояния осуществляется за короткий промежуток времени, складывающийся из времени фиксации аварийного тока и формирования импульса управления (доли микросекунд), времени включения тиристора (единицы микросекунд) и времени размагничивания сердечника магнитопровода (десятки микросекунд), зависящего от скорости нарастания импульса тока 1 С-цепи и не зависящего от направления протекания силового тока, повышается быстродействие и эффективность защиты от аварийных токов.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — времен н ые диаграммы токов.

Устройство содержит подвижный и неподвижный силовые контакты 1 и 2, служащие для подключения входного вывода тиристорного преобразователя и выходного вывода сети переменного тока, пружину 3, магнитопровод 4, на котором расположены удерживающая катушка 5 и размагничивающая катушка 6, расположенная на дополнительном сердечнике магнитопровода, цепочку последовательно соединенных тиристора 7 и резонансной LC-цепи 8 и 9, подключенной к размагничивающей катушке 6, датчик 10 тока, выходом подключенный к входу двухполупериодного выпрямителя

11, который своим выходом подключен к одному входу компаратора 12, к второму входу которого подключен выход источника

13 напряжения уставки тока, формирователь 14 импульсов управления тиристором, входом подключенный к выходу компаратора12 и выходом подключенный к управляющему электроду тиристора 7, вспомогательный источник 15 питания. через ограничительное сопротивление 16 подключенный к зажимам резонансной

LC-цепи 8 и 9.

Устройство работает следующим образом.

Пусть в исходном состоянии удерживающая катушка 5 запитана от источника постоянного напряжения U5(ToK 15), за счет чего в магнитопроводе создается магнитный поток, подвижный силовой контакт 1 находится во включенном положении за счет удержания его якоря (не показан) притянутым к магнитопроводу 4 в месте воздушного зазора, при этом пружина 3 находится в растянутом состоянии. Через замкнутые контакты 1 и 2 протекает силовой переменный ток преобразователя, величина которого контролируется датчиком 10 тока, Если контролируемый ток преобразователя, выпрямленный с помощью выпрямителя 11, превышает по ве1742934

10

25

55 личине уставку максимально допустимого тока на выходе источника 13 напряжения уставки тока, то выход компаратора 12 из нулевого состояния, в котором он находился первоначально, переключается в единичное состоя ние. В момент пере кл юч ения компаратора 12.формирователь импульсов управления тиристорам 14 формирует короткий импульс управления, по которому включается тиристор 7. Под действием напряжения заряда конденсатора 9 (полярность указана на фиг. 1), заряженного от вспомогательного источника 15 напряжения„через ограничительное сопротивление 16 протекает импульс-тока по цепи " ", 9, 8, 6, 7, "-" 9, создавая в катушке 6 магнитный поток, направленный встречно магнитному потоку, созданному удерживающей катушкой 5. Величина импульса ц выбирается за счет подбора параметров LC-цепи и величины напряжения 0 такой, чтобы результирующий ток, представляющий собой разницу междутоком катушки lg и приведенным значением тока катушки I4, на интервале времени ц-tz (фиг.2) был близок к нулю. В результате суммарный результирующий магнитный поток на интервале времени t1

tz также становится близким к нулю, подвижный контакт 1 теряет удерживающую силу, притягивающую его якорь к магнитопроводу 4„,и под действием растянутой пружины 3 переходит в выключенное состояние, силовые контакты размыкаются, что защищает тиристорный преобразователь от аварийного.тока.-Возврат силового контакта 1 вновь во включенное положение осуществляется любым.из известных способов.

Поскольку резонансная LC-цепь выполнена в виде цепи с распределенными LC-параметрами (по крайней мере два дросселя и два конденсатора), форма импульса тока более приближена к прямоугольной (фиг.2б, что (по сравнению со случаем применения обычной резонансной цепи с сосредоточенными параметрами, фиг.2а) позволяет уменьшить время достижения суммарного тока (потока) нулевого значения (интервал времени О-т ), увеличить интервал времени

t1-T2, необходимый для перемещения якоря контакта 1 до потери удерживающей силы, притягивающей якорь к магнитопроводу, и этим обеспечить более эффективную защиту от аварийных токов.

Предлагаемое устройство позволяет фиксировать аварийный ток и производить размыкание силовых контактов независимо от направления протекания силового тока, как в положительный, так и в отрицательный полупериоды, чем обеспечивается повышение быстродействия защиты.

Выполнение резонансной LC-цепи в виде цепи с распределенными параметрами позволяет сократить время, за которое суммарный магнитный поток и удерживающая сила якоря подвижного контакта достигают нулевого значения, что также обеспечивает повышение быстродействия защиты тиристорного преобразователя от аварийных токов.

Формула изобретения

Устройство для защиты тиристорного преобразователя от аварийных токов, содержащее выключатель, выполненный в виде подвижного и неподвижного силовых контактов, предназначенный для последовательного включения в защищаемую цепь, пружину, закрепленную между корпусом выключателя и подвижным контактом, магнитопровод с размещенными на нем удерживающей катушкой, подключенной к источнику постоянного тока, и размагничивающей катушкой, отл ича ющеес я тем, что, с целью повышения надежности и быстродействия при работе в цепи переменного тока, введены датчик тока, двухполупериодный выпрямитель, компаратор, источник напряжения уставки, формирователь импульсов управления тиристором, резистор, вспомогательный источник питания, резонансная LC-цепь, содержащая по крайней мере два дросселя и два конденсатора, причем выходдатчика тока, предназначенного для включения в защищаемую цепь, через двухполупериодный выпрямитель подключен к первому входу компаратора, второй вход которого соединен с выходом источника напряжения уставки, а выход компаратора через формирователь импульсов управления тиристором подключен к управляющему электроду тиристора, при этом отрицательный вывод вспомогательного источника питания соединен с катодом тиристора и первыми выводами всех конденсаторов резонансной

LC-цепи, вторые выводы которых подключены к первым выводам соответствующих дросселей, соединенных между собой последовательно, положительный вывод вспомогательного источника питания через резистор подключен к второму выводу одного из дросселей, несоединенному с конденсатором, и к первому выводу размагничивающей обмотки выключателя, второй вывод которой подключ .н к аноду тиристора.

1742934

35

50

Составитель Ю.Конев

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор С,Черни

Редактор Н.Горная

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

Заказ 2292 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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