Устройство для защиты от перенапряжений трехфазного преобразователя (варианты)

 

Сущность изобретения заключается в том, что устройство содержит разрядники с искровыми промежутками, соединенные через гасящие резисторы с вторичными обмотками трехфазного трансформатора, при этом трехфазный трансформатор образован тремя однофазными трансформаторами, обмотки которых соединены с сетевым или вентильными обмотками преобразовательного трансформатора. Технический результат изобретения упрощение и уменьшение установленной мощности элементов защиты. 2 с. и 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к преобразовательной технике и предназначено для защиты от перенапряжений силовых полупроводниковых преобразователей.

Известно устройство защиты, которое содержит шесть разрядников с искровыми промежутками, три гасящих резистора и подключено к вентильным обмоткам преобразовательного трансформатора, напряжения которых имеют фазовый сдвиг 60 эл.град.

Для первого варианта изобретения в качестве прототипа принято известное устройство, содержащее большое количество разрядников, которые требуют трудоемкого обслуживания. К разрядникам постоянно прикладывается напряжение, и это обстоятельство после их срабатывания затрудняет гашение сопровождающего тока и снижает надежность.

Первый вариант изобретения основан на том, что устройство защиты, содержащее две цепи из последовательно соединенных разрядников с искровыми промежутками и гасящих резисторов, дополняют трехфазным диодным мостом и тремя однофазными трансформаторами. Их первичные обмотки подключают на линейные напряжения вентильных обмоток преобразовательного трансформатора, имеющие фазовый сдвиг на 120 эл.град. Вторичные обмотки соединяют по схеме, обеспечивающей формирование пауз в напряжении разрядников. Благодаря этому достигается технический результат, который характеризуется упрощением эксплуатации и повышением надежности за счет уменьшения количества разрядников и формирования в их напряжении пауз, облегчающих гашение ими сопровождающего тока.

Для второго варианта изобретения в качестве прототипа принято известное устройство с гасящими резисторами, имеющими большие мощность, массу и габаритные размеры. Сущность этого варианта состоит в том, что в устройстве защиты, которое содержит две цепи из последовательно соединенных разрядников с искровыми промежутками и гасящих резисторов, трехфазный диодный мост и три однофазных трансформатора, сопротивление гасящих резисторов выбирают с учетом активного сопротивления обмоток однофазных трансформаторов. Такая оптимизация параметров гасящих резисторов позволяет уменьшить их мощность и массогабаритные показатели, что является техническим результатом второго варианта изобретения.

Для третьего варианта изобретения в качестве прототипа принято известное устройство, которое выполнено с возможностью подключения к обмоткам преобразовательного трансформатора, напряжения которых имеют фазовый сдвиг 60 эл. град. Такая особенность известного устройства не позволяет подключать его на напряжения с фазовым сдвигом 120 эл.град. и, в частности, на напряжениях сетевых обмоток преобразовательных трансформаторов, усложняет его и ограничивает область его использования (количество типов преобразователей). Сущность этого варианта изобретения состоит в том, что устройство защиты, которое содержит две цепи из последовательно соединенных разрядников с искровыми промежутками и гасящих резисторов, трехфазный диодный мост и три однофазных трансформатора, подключено через их обмотки на линейные напряжения сетевых обмоток преобразовательного трансформатора. Возможность такого подключения устройства защиты расширяет область его использования и позволяет уменьшить расход материалов на изготовление однофазных трансформаторов. Эти преимущества третьего варианта изобретения характеризуют его технический результат.

На чертеже приведена принципиальная электрическая схема защищаемого объекта и устройства его защиты от перенапряжений, которое выполнено по первому варианту изобретения.

Защищаемый объект содержит преобразовательный трансформатор 1 с сетевыми 2, вентильными 3 обмотками. К выводам 4 обмоток 3 подключен полупроводниковый преобразователь 5, который имеет выводы 6 для соединения с нагрузкой (не показана). Обмотки 2 подключены к трехфазной питающей сети. Напряжения обмоток 2 и 3 имеют фазовый сдвиг 120 эл.град. Устройство защиты содержит три однофазных трансформатора 7 с первичными 8 и вторичными 9 обмотками, трехфазный диодный мост 10 и две цепи из последовательно соединенных разрядников 11 с искровыми промежутками и гасящих резисторов 12. Обмотки 9 трансформаторов 7 соединены по схеме звезды, в общей точке которой обмотка 9 первого трансформатора 7 и обмотка 9 второго и третьего трансформаторов 7 соединены соответственно разноименными и одноименными выводами. Напряжения на разобщенных выводах обмоток 9 имеют фазовый сдвиг 60 эл.град. Сопротивление резисторов 12 меньше требуемого на величину, которая равна сумме активного сопротивления обмотки 9 и приведенного к ее напряжению активного сопротивления обмотки 8 трансформатора 7. Обмотки 8 трансформаторов 7 включены на линейное напряжение обмоток 3 трансформатора 1, когда он понижает напряжение. Если трансформатор 1 повышает напряжение, то обмотки 8 трансформаторов 7 включены на линейное напряжение обмоток 2 трансформатора 1 (третий вариант).

Устройство защиты (первый вариант) работает следующим образом.

При отсутствии перенапряжений к искровым промежуткам разрядников 11 прикладывается напряжение периодической последовательности импульсов, которые формируются мостом 10 из участков синусоид напряжения обмоток 9. Импульсы напряжения имеют по основанию длительность, которая не превышает 300 эл. град. Длительность пауз между импульсами напряжения составляет не менее 60 эл. град. Амплитуда импульсов напряжения пропорциональна амплитудам синусоид напряжения обмоток 2,3 и меньше пробивного напряжения искровых промежутков разрядников 11. Каждый разрядник 11 контролирует мгновенное значение напряжения обмоток трансформаторов 1 и 7 в течение промежутков времени, равных длительности импульсов напряжения, которые прикладываются к этому разряднику 11. Два разрядника 11 обеспечивают в любой момент контроль мгновенного значения напряжения обмоток трансформаторов 1 и 7.

При появлении на обмотках трансформатора 1 перенапряжения увеличивается напряжение обмоток 9 трансформаторов 7, пробивается искровой промежуток разрядника 11, в его цепи появляется ток, ограниченный сопротивлением резистора 12 и обмоток 8,9. После этого энергия перенапряжения поступает через трансформаторы 7 в цепь 11-12, рассеивается в резисторе 12, и перенапряжение ограничивается. В цепи разрядника 11, искровой промежуток которого пробился, после ограничения перенапряжения под действием напряжения обмоток 9 протекает сопровождающий ток до тех пор, пока напряжение этого разрядника 11 не уменьшится до нуля и не начнется пауза. За время паузы искровой промежуток разрядника 11 восстанавливает электрическую прочность и соответственно способность выдерживать напряжение обмоток 9 и не пробивается, когда к нему прикладывается напряжение очередного импульса. Длительность протекания сопровождающего тока определяется моментом появления перенапряжения относительно начала импульса напряжения. Время, предоставляемое для восстановления электрической прочности искрового промежутка, равно длительности паузы между импульсами напряжения.

Устройства защиты, которые выполнены по второму и третьему вариантам, работают в описанной последовательности.

Формула изобретения

1. Устройство для защиты от перенапряжения трехфазного преобразователя, питающегося сдвинутыми на 120 эл.град. напряжениями от вентильных обмоток преобразовательного трансформатора, подключенного сетевыми обмотками к трехфазной питающей сети, содержащее две цепи последовательно соединенных разрядников с искровыми промежутками и гасящих резисторов, отличающееся тем, что оно снабжено трехфазным диодным мостом и тремя однофазными трансформаторами, первичные обмотки которых включены на линейные напряжения вентильных обмоток преобразовательного трансформатора, вторичные обмотки соединены по схеме звезды, в общей точке которой обмотка первого трансформатора соединена с обмотками второго и третьего трансформаторов соответственно одноименными и разноименными выводами, к свободным выводам вторичных обмоток подключен диодный мост, соединенный общим анодом и катодом с общей точкой звезды вторичных обмоток через цепи из последовательно соединенных разрядников с искровыми промежутками и гасящих резисторов.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что гасящий резистор имеет сопротивление, меньшее требуемого сопротивления на величину, равную сумме активного сопротивления вторичной обмотки и привиденного к ее напряжению активного сопротивления первичной обмотки однофазного трансформатора.

3. Устройство для защиты от перенапряжений трехфазного преобразователя, питающего сдвинутыми на 120 эл. град. напряжениями от вентильных обмоток преобразовательного трансформатора, подключенного сетевыми обмотками к трехфазной питающей сети, содержащее две цепи из последовательно соединенных разрядников с искровыми промежутками и гасящих резисторов, отличающееся тем, что оно снабжено трехфазным диодным мостом и тремя однофазными трансформаторами, первичные обмотки которых включены на линейные напряжения сетевых обмоток преобразовательного трансформатора, вторичные обмотки соединены по схеме звезды, в общей точке которой обмотка первого трансформатора соединена с обмотками второго и третьего трансформаторов соответственно одноименными и разноименными выводами, к свободным выводам вторичных обмоток подключен диодный мост, соединенный общим анодом и катодом с общей точкой звезды вторичных обмоток через цепи из последовательно соединенных разрядников с искровыми промежутками и гасящих резисторов.

РИСУНКИ

Рисунок 1