Тиристорный выпрямитель высокого напряжения

 

О П И С А Н И Е,щвв1в94

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К ПАТЕНеУ (61) Дополнительный к патенту (22) Заявлено 09.07.73 (21) 1940176/24-07 (23) Приоритет — (32) 10.07.72 (31) 9080/72 (33) Швеция (51) М. Кл.

Н 02 P 13/24

Гасударственный комитет

Совета Министров СССР оо делам изобретений и открытий (43) Опубликовано25.11,77.Бюллетень №43 (53) УДК 681.335 (088. 8) (45) Дата опубликования описания 28.10.77

Иностранцы

Эке Экстрем, Ларс-Эрик Юхлин, Карл-Эрик Олссон (Швеция) (72) Авторы изобретения

Иностранная фирма

"АСЕА Актиеболаг" (Швеция) (71) Заявитель (54) ТИРИСТОРНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к тиристорным высоковольтным выпрямителям, содержащим ряд последовательно соединенных тиристоров и снабженным защитным прибором для самопод>кига или восстановления.

Известен тиристорный выпрямитель с защитным прибором для самоподжига, который работает по принципу фиксации верхнего предела напряжения каждого тиристора и требует дорогостоящих измерителей на делителях напряжений (1) .

Наиболее близким к предложенному по технической сущности является тиристорный выпрямитель высокого напряжения с защитным прибором для самоподжига и восстановления, содержащий ряд последовательно соединенных тиристоров, каждый из которых снабжен управляющей цепью, общий блок управления с распределителем импульсов, который регулирует управляющую цепь, и с пороговым формирователем, выдающим индикаторный сигнал при переходе напряжения на соответствующем тиристоре в проводящем направлении через определенное значение, и блок защиты от самозажигания тиристоров восстановительной фазы, выдающий сигнал зажигания для запуска распределителя импульсов и зажигания всего выпрямителя, когда напряжение в проводящем направлении выпрямителя возрастает и еше недостаточное число тиристоров восстановило свою блокирующую способность|21

Недостатком этого устройства является низкая надежность от самопроизвольного вклю гения тиристоров при отсутствии сигнала зажигания.

Целью изобретения является и 1вьппение надежности выпрямителя путем обеспечения жесткопривязанной выдачи сигналов зажига10 ния с предотвращением самозажигания любого из тиристоров до их выдачи.

Это достигается тем, что в предложенном тиристорном выпрямителе высокого напряжения, содержащем ряд последовательно соединенных тиристоров, каждь|й из которых снабжен управляющей цепью, общий блок управления с распределителем импульсов, который регулирует управляющую цепь, и с пороговым формирователем, выдающим индикаторный сигнал при переходе напряжения на соответствующем тиристоре в проводягцем направлении через определенное значение, и блок зашиты от самозажигания тиристоров восстановительной ф< .зы, выдающий сигнал зажигания для запуска распределителя импульсов и зажигания всего выпрямителя, когда напряжение в проводящем направлении выпрямителя возрастает и о81894

40 цепью управления и защитным прибором для самоподжига; на фиг. 2 и 3 — их варианты.

Выпрямитель содержит ряд последователь- 4 но соединенных тиристоров 1, вместе образующих тиристорный высоковольтный выпрямитель, блоки управления 2, подключенные выходами ко входам соответствующих детекторов 3, выполненных на фотодиодах и подключенных ко входам сумматора 4, блок 5 выдержки времени, счетчик 6, подключенный ко входу тригге-. ра 7, элемент 8 совпадения, сумматор 9, подключенный к выходному усилителю 10. Выпря55

60 заранее заданное определенное число тиристоров не восстановило свою блокирующую способность, блок защиты от самозажигания снабжен детекторными блоками, линией задержки, счетчиком импульсов, запоминающим блоком и выходным блоком сравнения. Причем детекторные блоки подключены к линии задержки, формирующей первый сигнал при поступлении индикаторных импульсов или после детектирования возросшего напряжения на всем выпрямителе, счетчик для регистрации поступления индикаторных импульсов с пороговых формирователей сигналов управляющей цепи, формирующий второй сигнал после получения определенного числа индикаторных импульсов, записанных в запоминающем блоке, подключен ко входу выходного блока сравнения первого и второго сигналов и выдачи сигнала зажигания в зависимости от взаимной последовательности первого и второго сигналов.

Детекторный блок может быть снабжен формирователем сигнала времени и измерительным делителем напряжения, подсоединенным ко всему выпрямительному каскаду и к формирователю сигнала времени, формирующему первый сигнал через определенное время после перехода напряжения на выпрямителе в обратном (блокирующем) направлении определенного значения, выход которого подсоединен к выходному блоку сравнения, выдающему сигнал зажигания при поступлении второго сигнала от счетчика импульсов за время действия первого сигнала. Детекторный блок может быть также снабжен измерительным делителем напряжения, формирующим первый сигнал, пропорциональный напряжению на всем блоке выпрямителя, счетчик выполнен формирующим второй сигнал, пропорциональный подсчитанному числу индикаторных импульсов, а выходной блок сравнения, входы которого связаны со счетчиком импульсов и с измерительным делителем напряжения настроен так, что сравнивает первый и второй сигналы и выдает сигнал зажигания, если амплитуда первого сигнала превышает амплитуду второго сигнала.

На фиг. 1 схематически изображен предложенный тиристорный выпрямитель высокого напряжения с блоками управления, общей митель содержит также триггер 11, детекторы

12 блоков управления, выполненные на фотодиодах, сигнальные эмиттеры 13, выполненные на светодиодах, световоды 14, измерители 15 отпирающих импульсов, выполненные на светодиодах, световоды 16, общий блок управления 17, резистивный измерительный делитель напряжения 18, сравнивающий элемент 19, усилитель

5 о

20, диод 21, дискриминатор 22, триггер 23, элемент совпадения 24.

На каждый тиристор 1, который снабжен блоком управления 2 и детектором 12 подаются отпирающие импульсы от общего блока управления 17 через сумматор 9, выходной усилитель

10, излучатели 15 и световоды 16. Тиристоры открываются при положительном анодном напряжении, когда его уровень достигнет величины срабатывания сигнального эмиттера 13.

Световой импульс с высокого потенциала передается на потенциал земли с помощью световодов 14, принимается детекторами 3 и затем поступает на вход сумматора 4, с которого передается сигнал к блоку 5 выдержки времени для сигналов поступающих с детектора 3.

Блок 5 построен на основе моностабильного триггера, который переключается от входных сигналов с сумматора 4 и который, после вбсстановления через определенное время t, по отношению к моменту поступления входных сигналов с сумматора 4, передает выходной сигнал на элемент совпадения 8. Это делается для того, чтобы блок 5 не смог сформировать никакого выходного сигнала до тех пор, пока сигналы, поступающие с сумматора 4, находятся в интервале времени 1,. Это время, т. е. время восстановления блока 5, выбирают таким, чтобы оно превышало временные интервалы между сигналами с сумматора 4, пока тиристоры окончательно восстановятся во времени под воздействием величины верхнего предела возрастающего напряжения тиристорного выпрямителя.

В то же время 1, не должно быть очень большим, оно должно соответствовать приемлемому росту верхнего предела напряжения на тиристорном выпрямителе. т. е. сигнал в конце интервала to должен быть выдан раньше, чем верхний предел напряжения тиристорного выпрямителя достигнет опасной величины для блокируемых тиристоров.

Сигналы с детектора 3 поступают также на вход триггера 11, который связан со счетчиком

6, имеющим характеристику порогового элемента. Для числа тиристоров в выпрямителе и число пр должно быть выбрано по возможности таким, чтобы надежно блокировать напряжение в проводящем направлении тиристорного выпрямителя. Счетчик 6 устроен таким образом, чтобы, когда число сигналов пх с триггера

11 достигнет по, сигнал передавался от счетчика 6 к отрицательному входу элемента совпадения 8. Триггер 11 регистрирует сигналы от детектора 3 независимо от последовательности и времени поступления, после триггера счетчик

6 способен подсчитать число блокируемых тир исторов.

Между счетчиком 6 и элементом совпадения

8 имеется триггер 7, на который можно обратить внимание только как на переключатель, т. е. только на то, что он выдает сигнал на элемент совпадения.

Функционирование его можно пояснить следующим образом.

По истечении времени t o после самого последнего импульса с сумматора 4 блок 5 выдержки времени выдает сигнал на элемент совпадения 8. Сигнал с блока 5 позволяет, чтобы все

581894

55 тиристоры, которым необходимо восстановить свое блокировочное состояние (запирающие свойства) за приемлемое время, имели бы это время и восстановили свое блокировочное состояние. Время to выбирают таким, по отношению ко времени роста напряжения тиристорного выпрямителя в проводящем направлении, чтобы число блокируемых тиристоров было достаточным для роста напряжения, поскольку тиристоры восстанавливаются за более короткий интервал времени, чем заданное время to.

В определенной точке эта процедура заканчивается, т. е. больше уже ни одного сигнала из блоков 2, 3 и 4 не выдается и проходит время

t0, пока верхний предел напряжения выпрямителя возрастает и достигает своей максимальной величины.

Сможет ли заблокироваться тиристорный выпрямитель от напряжения в дальнейшем, зависит от того, превышает ли число блокируемых тиристоров пх требуемое число пр, которое чувствительно к счетчику 6. Если это произойдет, счетчик 6 выдаст сигнал на инверсный вход элемента совпадения 8, и если этому сигналу предшествует сигнал с блока 5, то все в порядке и ничего не случится, так как на элемент 8 поступает только сигнал с блока 5.

С другой стороны, если тиристоры восстанавливаются слишком поздно, т. е. если только несколько тиристоров восстановились, когда блок 5 выдает сигнал, на элемент совпадения

8 поступают сигналы по всем трем входам.

Следовательно, сигнал поступает через сумматор 9 на вход выходного усилителя 10, который передает импульсы поджога на все тиристоры

1 с помощью излучателей 15 и световодов 16.

В этом случае достигается режим дополнительного подж ra тиристорного выпрямителя, который вызывает одиночную ошибку переключения и небольшое нарушение в работе статического инвертора. По сравнению с перегрузкой тиристоров, которая обычно ведет к всеобщему пробою всех тиристоров, установленных в выпрямителе, и к результирующему выключению, такое нарушение является несущественным.

Триггер 7 предназначен для включения от сумматора 9 таким образом, чтобы элемент совпадения 8 был бы готов для контроля после следующего интервала проводимости, после чего триггер выключается сигналом со счетчика 6.

В этом случае не допускается функционирование элемента совпадения 8 вследствие возможности поступления на него новых импульсных последовательностей с сумматора 4, являющихся результатом переходных процессов увеличивающегося напряжения на тиристорном выпрямителе.

Триггер 11 должен выключаться в каждом проводящем интервале выпрямителя, что может быть осуществлено, например, управляющими контрольными импульсами с сумматора 9.

Защитный прибор, показанный на фиг. 1, может быть изменен следующим образом.

Блок 5 выдержки времени изменяют таким образом, чтобы вместо регистрации последовательностей сигналов с 4 он бы регистрировал только первый из этих сигналов и после опреде5

1О

25, I

5D ленного времени t, передавал бы сигнал на элемент совпадения 8. Время t выбирают таким, чтобы можно было допустить, что достаточное число пр тиристоров имело бы время для восстановления в течение этого периода, если они были повреждены. В этом случае блок

5 выдержки времени будет в некоторой степени более прост, но зато менее надежен для быстрорастущего напряжения на тиристоре. Время t, кроме того, может зависеть от рабочих параметров тиристорного выпрямителя, больше всего — от тока нагрузки.

При применении измерительного делителя напряжения, который очень дорог и может стоить больше тиристорного выпрямителя, блоком

5 можно пренебречь и устройство приобретает вид, показанный на фиг. 2.

Выпрямитель имеет соединенный араллельно с ним резистивный измеряемый ll литель напряжения 18, имеющий промежуточ .к ..очку, связанную со сравнивающим элема" .îм 19, на второй вход которого по тается ....н;;i со счетчика 6, выходной сигнал с которо,; г;>ямо пропорционален числу и., восстанавливаемых тиристоров. Сигнал со счетчика 6 загс.i становится мерой текущего блокируемого состояния тиристорного выпрямителя, причем указанное состояние сравнивается с присутствующим верхним пределом напряжения выпрямителя и. если достаточно надежного запаса по напряжению нет, сравнивающий элемент 19 посылает сигнал на сумматор 9 для повторного поджога выпрямителя.

Кроме того, измерительный делитель напряжения 18 может быть связан с дискриминатором 22 посредством усилителя 20 и диода 21.

Дискриминатор выдает сигнал на моностабильный триггер 23, когда выпрямленное напряжение становится отрицательным после интервала проводимости. Поэтому через определенное время триггер 23 выдает сигнал иа элемент совпадения 24, который. соответствует элементу совпадения 8 на фиг. 1. Блок 6 выдает сигнал на элемент 24, если число блокирующих транзисторов п„достигает определенного нижнего числа и, которое указывает на достижение выпрямителем положительного напряжения.

Счетчик 6 и триггер 23 связываются с элементом совпадения 24, который определяет, что ничего не случится, если сигнал со счетчика

6 придет на элемент 24 после того, как прекратится сигнал с 23. С другой стороны, если сигнал 6 достигнет элемнта 24 до того, как сигнал с триггера 23 прекратится, блокируемое состояние тирнсторов является опасным и элемент 24 посылает в этом случае;:èãèàë на сумматор 9 для повторного поджига выпрямителя

Надежность предложенного тиристорного выпрямителя обеспечивается жестко привязанной выдачей сигналов зажигания с предотвращением самозажигания любого из тиристоров до его выдачи. Это означает, что статический преобразователь в инверторном режиме может работать с минимальным запасом Ito углу управления с небольшой результирующей рcактивной мощностью рассевания.

581894

Формула изобретения

1б

Риг. 1

1. Тиристорный выпрямитель высокого напряжения с защитным прибором для самоподжига или восстановления, содержаший ряд последовательно соединенных тиристоров, каждый из которых снабжен управляющей цепью, общий блок управления с распределителем импульсов, который регулирует управляющую цепь, и с пороговым формирователем, выдаю- qp шим индикаторный сигнал при переходе напряжения на соответствующем тиристоре в проводяшем направлении через определенное значение, и блок защиты от самозажигания тириаторов восстановительной фазы, выдающий сигнал зажигания для запуска распределителя им- 15 пульсов и зажигания всего выпрямителя, когда напряжение в проводящем направлении выпрямителя возрастает и заранее заданное определенное число тиристоров не восстановило свою блокирующую способность, отличающийся тем, что, с целью повышения его надежности путем обеспечения жестко привязанной выдачи сигналов зажигания с предотвращением самозажигания любого из тиристоров до их выдачи, блок защиты от самозажигания снабжен детекторными блоками, линией задержки, счетчиком 5 импульсов, запоминающим блоком и выходным блоком сравнения, причем детекторные блоки подключены к линии задержки, формирующей первый сигнал при поступлении индикаторных импульсов или после детектирования возросшего напряжения на всем выпрямителе, счетчик ЗО для регистрации поступления индикаторных импульсов с пороговых формирователей сигналов управляюшей цепи, формирующий второй сигнал после получения определенного числа индикаторных импульсов, записанных в запоминаюшем блоке, подключен ко входу выходного блока сравнения первого и второго сигналов и выдачи сигнала зажигания в зависимости от взаимной последовательности первого и второго сигналов.

2. Выпрямитель по п. 1, отличающийся тем, что детекторный блок снабжен формирователем сигнала времени и измерительным делителем напряжения, подсоединенным ко всему выпрямительному каскаду и к формирователю сигнала времени, формирующему первый сигнал через определенное время после перехода напряжения на выпрямитель в обратном (блокируюшем) направлении определенного значения, выход которого подсоединен к выходному блоку сравнения, выдаюшему сигнал зажигания при поступлении второго сигнала от счетчика импульсов за время действия первого сигнала.

3. Выпрямитель по и. 1, отличающийся тем, что детекторный блок снабжен измерительным делителем напряжения, формируюшим первый сигнал, пропорциональный напряжению на всем блоке выпрямителя, счетчик выполнен формирующим второй сигнал, пропорциональный подсчитанному числу индикаторных импульсов, а выходной блок сравнения, входы которого связаны со счетчиком импульсов и с измерительным делителем напряжения, настроен так, что сравнивает первый и второй сигналы и выдает сигнал зажигания, если амплитуда первого сигнала превышает амплитуду второго сигнала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Патент США № 3794908, М Кл2 Н 02 М 7/48, 29.01.73.

2. Патент СССР № 323928, М. Кл Н 02 М 1/18, 10.12.71.

581894

Составитель Е. Жданов

Техред О. Луговая Корректор Д. Мельниченко

Редактор Е. Кравцова

Филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 3956/4 Тираж 917 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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