Устройство для защиты преобразователя

Устройство для защиты преобразователя

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП HCAHHE

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советсних

Социалистических

Республин

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 07. 05. 81(21) 3284960/24-07 151) М. Кт1.З с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Н 02 Н 7/12

Н 02 М 1/18

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

Опубликовано 151182,Бюллетень № 42 153} УДК 621. 316. .925.4(088.8) Дата опубликования описания 15. 11.82 (72) Авторы изобретения

В.С.Копырин, Ю.В.Иегай и Б.К.Иапкенон (71) 3

Заявители

Павлодарский индустриальный институт и Производственное объединение Экибастузуголь (5 4 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ 3МЦИ 1Н ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Изобретение относится к преоб-, разовательной технике, а именно к устройствам защиты вентильных преобразователей °

Известно устройство для защиты преобразователя, в котором между преобразователем и нагрузкой включены дроссель и тиристорный ключ с принудительной коммутацией 11).

Однако такое устройство обладает ограниченной надежностью и практически не обеспечивает защиту преобразователя при коротких закиканиях в нагрузке и перегрузке.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому.эффекту является устройство для защиты преобразователя, содержащее об атно включенный диод, подсоединейнный анодом к одной из клемм для подключения нагрузки, вторая клемма для подключения которой подсоединена с помощью общей шины к одной из выходных клемм преобразователя, цепь из последовательно соединенных источника опорного напряжения,. дросселя и тиристорного ключа с принудительной коммутацией, подключенную соответственно к катоду и аноду диода, и блок управления источником опорного напряжения, выход которого подсоединен к управляющему входу источ. ника f2).

5 Такое устройство по сравнению с описанным обладает более высокой надежностью, практически исключает воздействие аварийных токов на силоные элементы дорогостоящих пре1п обраэонателей и на нагрузку и, следовательно, предотвращает выход их из строя при коротких замыканиях и токовых перегрузках.

Недостатком этого устройства является пониженная экономичность, обусловленная тем, что независимо от величины тока нагрузки потребление электрической энергии устройством защиты неизменное. Это приводит к снижению КПД электроустановки н целом н режимах загрузки преобразователя по току меньше номинального.

Целью изобретения является снижение потерь мощности..

Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено блоком задания установки и датчиком тока, подсоединенным своими входами ко нторой ныходной клемме преобразователя и к катоду диода, а выход датчика тока подключен через блок задания

974494 установки ко входу блока управления источником опорного напрлкения.

ДатЧИК то«<сЗ МОжЕ Г быть ВЫПОЛНЕН на основе эакрепленнбго на диэлектрической пластине магнитодиода с последователь««О соепи««ее«е«««м п»эрвым реэ««с-. тором и операционного усилителя, ин-! вертирующий вход которого подсоединен к катоду магнитодиода и через второй реэ истор — к его выходу, а неинвертирующий вход усилителя подсоединен через третий резистор к общей шине, причем анод магнитодио. да соединен с клеммой J

Датчик тока, кроме того, может быть выполнен на основе закрепленной на диэлектрической пластине цепи М последовательно соединен ных магнитоуправляемых контактов, вход которой подсоединен к клемме для подключения источника тока и выход подсоединен через первый резистор к инвертиру«ощему входу операционного усилителя, подсоединенному через второй резистор к выходу усилителя, неинвертирующий вход которого через резистор подсоединен к общей шине, причем параллельно каждому магнитоуправляемому:контакту, начиная со второго, подсоединен резистор.

Кроме того, магнитоуправляемые контакты датчика тока могут быть подсоединены одними выводами к клемме для подключения источника тока и вторыми — к первым выводам резистора, вторые выводы которых подсоединены к инвертирующему входу операционного усилителя.

Пластина с магнитоуправляемыми контактами может быть закреплена на штоке из диэлектрика, снабженном механизмом регулирования угла, Блок задания уставки может быть выполнен на операционном усилителе, инвертирующий вход которого подсоединен через первый резистор к выходной клемме и через цепь из параллель. но соединенных второго резистора и стабилитрона - к ere> выходу, а неинвертирующий вход усилигеля подсоединен через третий резисгор к общей

Щине и через четвертый резистор — к

Движку пятого переменного резистора, выводы которого подсоединены к клеммам для поде<лючения источников питания.

На фиг.1 представлено устройство для защиты преобразователя.

Между преобразователе« 1 и нагрузкой 2 подсоединен обратно включенный диод 3 по отношению к току на выходе преобразователя. Параллель5 (0

?5

55 бО но диоду 3 подключена цель иэ последовательно соединенных 1< T0чника опорного напряжения 4, дрос .еля 6 и ти—

P«IC: ГОР««ОГО КЛЮЧ с« С ПРИ»«УД««Т РЛ ЬЕ«ОЙ коммутацией 7, причем элементы 3 и 4 включены согласно. Датчик тока 8 Ус тановлен на выходе преобразователя 1 и подключен к блоку задания уставки

9, выход которого подключен к входу блока управления 5 источника опорного напряжения 4.

При нормальной работе преобразователя 1 ток ««а era выходе Iл равен току нагрузки 1, и меньше тока ;рабате«всз««««Я <«ашить« I g (Ip =-1„: 1» ° )

В этом режиме опорный ток 1 больше тока нагрузки па в<ли «ину с1 1 =-Ivi> I», с выхода датчика тока»3, ко rc>IT и мо— жет быть как а» алоговым, так и цифровым, поступает сиге«ал на вход блока задания уставе<и 9, В блоке 9 этот сигнал суммируется с сигналом, лропор. циОе«а««ьным превышен и«0 ОПОрн О ГО тОК а над током нагрузки. Суммарный сигнал с выхода блока 9 подается «i« вход блока управления 5 источника опорного напряжения 4. Величина опорного тока определяется величиной суммарного сигнала.

Следовательно, при из мен ел ни тока нагрузки в пределах от О до I, опорный ток изменяется от 11 дс I -

При использовании ан ал" ão I«;; T n датчика а I н еиэменн а, Поэтому О. «орный ток определяется Ipp =-К где К вЂ” <Оэффициент уставки.

Эавис1«мости 1 р»> и I »i От p) I показаны на фиг.2.

При использовании цифрового датчика тока аналогичные зависимости показаны на фиг.3. Если ток нагрузки равен нулю, опорный ток может превышать I и, в частном случае, рав— няться 2л1.

Обязательным условием надежной работы устройства является то, что скорость изменения опорного тока должна быть равной или больше скорости изменения тока нагрузки

dl д»> /dt3dIF«jdt

При перегрузке или короткоM замыка иии в нагрузке или на входе нагрузки ток преобразователя становится больше опорного и диод 3 эа««ирается. Ток преобразователя у величива. ется по шунтирующей цепи, причем скорость его нарастания QT.ðà««ичива— ется дросселем б. Затем шунтирующал цепь разрывается тиристорным ключем с принудительной коммутацией

7 и ток в цепи преобра=,ователя I»рекра«««ается. е «э ан с«лиз а работы схемы (Фи г . 1 ) и зависимостей (Фиг. 2 и 3) видно, ето в предлагаемом устройст- е п«ги

НОРМ«1»«АНОЙ Е;. О Рс«Г. От»Е ДОС ти «а< Te»«

<.ни»жение потреб —,еН è F; ус, pc> c: » ом

974494 электроэнергии. Потребляемая устройством электрическая энергия зависит от величины опорного тока.

При изменении тока преобразователя в широких пределах в соответствии с ним изменяется и опорный ток, а следовательно, и потребляемая электроэнергия. В известном устройстве с неизменным опорным током, равным току срабатывания защиты, потребление электроэнергии неизмен- 10 ное и максимальное, что существенно снижает КПД электроустановки в целом.

На фиг.2 и 3 заштрихованные обласITH соответствуют снижению потребления i5 электроэнергии устройством. Очевидно, что чем меньше нагрузка, тем меньше потери электрической мощности.

На фиг.4 и 5 представлен датчик тока 8, выполненный на магнитодиоде с применением операционного усилителя.

Выход операционного усилителя 11 через резистор отрицательной обратной связи 12 подключен к инвертирующему 25 входу операционного усилителя 11, к которому через резистор 13 подключен первый источник питания (фиг.4) или U+ (фиг.5), магнитодиод

10 подключен между вторым источни- ЗО

-итания U+ (фиг.4) или Псм (фиг ° 5) ртирующим входом операционного усилителя 11; общая точка питания операционного усилителя 11, первого и второго источников питания через 35 резистор 14 подключена к неинвертирующему входу операционного усилителя 11

Магнитодиод 10 закреплен на пластине, помещенной в магнитном поле шины 40 на выходе преобраз овател я . При подаче на магнитодиод 10 напряжения в прямом направлении через него начинает протекать ток, величина которого зависит от величины поперечного магнитного поля, создаваемого шиной преобразователя. В результате изменения тока преобразователя изменяется входное напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя 11 и, следовательно, напряжение на выходе операционного усилителя 11 П 8,„, так как операционный усилитель 11 работает в режиме усилителя. Величины напряжений U u

U t„ и сопротивление 13 подбираются таким образом (фиг.4 и 5), чтобы обеспечить заданное изменение при контроле тока преобразователя.

Датчики тока (фиг.4 и 5) на выходе имеют аналоговый сигнал, что ® соответствует изменению опорного тока, показанному на фиг.2.

Взамен магнитодиода могут быть использованы и другие магнитоуправляемые полупроводниковые элементы, 65 н апример магни торез исторы или ма гнитотранзисторы.

На фиг.б и 7 представлен датчик тока 8, выполненный на магнитоуправ. ляемых контактах с применением операционнОго усилителя.

Выход операционного усилителя

Л + 15 через резистор отрицательной обратной связи N + 16 подключен к инвертирующему входу операционного усилителя N + 15, к которому через последовательно соединенный резистор 2N + 16 и N магнитоуправляемых контактов 15 — N + 14 подключен источник питания U, параллельно каждому N †. 1 магнитоуправляемому контакту 16 — N - - 14, подключен резистор N + 17 — 2N + 15; неинвертирующий вход операционного усилителя

N > 15 через резистор 2N + 17 подключен к общей точке питания операционного усилителя N + 15 и источника питания (фиг.б).

Г1агнитоуправляемые контакты

15 — N + 14 и резисторы N + 17

2N + 16 датчика тока могут быть также соедин ены следующим образ ом. К инвертирующему входу операционнсгo усилителя N + 15 источник питания U подключен через параллельно соединенные И цепей, каждая из которых содержит последовательно соединенные магнитсуправляемяй контакт и резистор (фиг. 7) .

14агнитоуправляемые кон такты 15

N + 14 закреплены на пластине, помещенной в магнитном поле шины на выходе преобразователя. Пластина расположена под определенным углом и на определенном расстоянии; так как магнитоуправляемые контакты расположены на различных расстояниях или под различными углами к шине преобразователя, то они переключаются при различных значениях тока на выходе преобразователя. Например, при параллельном их располо>кении и на равном расстоянии друг от друга на выходе датчика тока в зависимости от тока в нагрузке преобразователя из— меняется напряжение, которое вызывает изменение опорного тока, показанное на фиг.3. Чем больше ток, протекающий по шине преобразователя, тем больше магнитное поле, им создаваемое, и тем большее число магнитоуправляемых контактов эакыкается.

В результате величина сопротивления в цепи инвертирующего входа операцион. ного усилителя N + 15 меньше, а величина входноro напряжения больше, следовательно и больше выходное напряжение датчика тока U „,„

Датчики тока (фиг.б и 7) на выходе имеют цифровой сигнал.

Конструкция датчика тока показа-на на фиг.8.

9 14494

2N + 18 — пластина из диэлектриI

2N + 22 — неpтикc1f«E>«ан <.те« ка шкафа преобразователя. Датчик тока снабжен механизмом регулиронанкя угла между пластиной 2N + 18 и Выходной шиной преобразоватР IH 2Г«+ 19; )Q

2N + 23 — вилка; 2N + 24 — кулисау

2V + 25 — фиксатору 2N + 28 — дер>катель; 2N + 27 — стакан. Еа кулисе показаны метки, по которым можно судить об угле между ti!I;Ic Ttt«ой 15

2N + 18 и шиной 211 + 19. фиксатор

2Г! + 25 обеспечивает крепление

ПлаСТИНЫ 2N + 18 ПОД 3 с«Г;ак«ЫМ УГ— лом. Стакан 211 + 27 имеет Возмож«0c I 1> Гlе:)емс.!Даться пО it!Toit>«214 -F 20, i To пОЗ ВО!11! с. т из мс «1 Я тl> 1>«1(. (: Tc) H« H P. между ш«. Ой 2N + 19 11 Idi н>итоу«савв .1;яемыми элементами при неизме«1«ом угле между миной 2N Г 1 9 и п)1асткной 2N + 18, 25

На фиг. 9 прец<танлен блок задания устанки 9, выполненный на операционном усилителе.

Выход ollppattHOIIHO о усилктеля

2N + 28 через параллельно "оединен— ные резистор отрицательной обратной связи 2N + 29 и стабилитрон цепи огранк-«ения >2N + 34 <)оединен с инвертируюшим входом операционного усилителя ?N + 38, инвертирующий вход

2N + 28 через резистор 2N + 30 подключен к Выходу датчика тока (N» ) у неинвертирующий вход операционного усилителя 2N + 28 через оезистор

211 + 31 подключен к подвижному контакту переменного резистора 2N + 32, 4О н а который подаето.я н апряжен ие сме— щения 11<м у общая точка питания операционного усилителя 2N + 28 через резистор 2N + 33 подключена к неинвертирующему входу операционного усилителя 2N + 28„

Операционный усилитель 211 + 28 работает в режиме сумматора с ограничением выходного сигнала. 11а иннер- яО

Т!11)ующий ВХОД 1!Осту пс«е-. Скгн а)1 U El< прОпОрци011 алl>ный 1 H с Дат(- ика тОкa «. на неиннертирующий Вход псступает напряжение смещения, пропорциональное величине тока 1. Эти сигналы .«,-уммиру«отся ог«ерационным усилителем

2N + 28 и на Вь1ходе напряжение 11 „»„ пропорцио«аль«о Опор!!ому ""îêó

При достижении UBbt» величины больше значения соответствую,его 1 c z itpoисходит его ограничение стабилитроном 2N + 34.

Предложенное устройство для защиты прео бр 13 о Вател я, сохран Я я положител ьные свойства известного устройства ! а! 1ИТЫ (ВЬICÎI И t)EJCTPG (: ". дейсrt»!e, i!ð<)còîòà в 06(лужи«с«нки и другие Поз воляет существенно снизить rloi el»1 мощностк, о<.Обе«но !

l!lЯ ТЕХ IlpF06pc33ОНатЕЛЕй > у КоторЫХ средний ток на выходе мен ьк:<. 10 êà срабатывания защиты. li1)Hve««BHHP уст— рОкстВс« 11103 Вол«Рт новьl(.. ить .

1!спользонание магнитоуправляе.<ых элементов в датчике тока пс: Воляет осуществлять контроль тока «реоб >а— зователя без разрыв-t силовой,епи и потенциально развязывать цепи 3 щиты и с.tt!!0rttsp цег!и,:: также нов нысить безопасность обслуживания преобразователей.

llc11GJ1E>3oBdHHc«Операционных у: к Вите!!(й дл«1 блока задания устав«H и В дс1 тчи к< тОка ОбисГ!очи Вас т ма), .:(1: (О 1— рС 6 «1(Н И(э)! С>1 м:1cc о 1 d6 dph TH i 1

3 с1ТС !! 11 11 Об ««с>„ (с1Ю 1" ВС(-МИ Г1ОЛ 0>«.1 . 1 С«Л «> It>I"

МИ - БОИ C× E«ct!«и,, ilpH C,>i litt 1« МИ - >С" XC -. (1с1М . (1«0 «) му )! 1 и 3 0 б р е т е и и с>

l .Устройство для з ащиты 1«рео )разо

Вателя, содержащее обратно нклю ен—

НЫЙ ДИОД, Г«ОДС ОС>ДИН РН НЫЙ с. HOIIGt 1 l< одной из клемм для подклк)«ения (.а— груз ки, вторая клемма для подключения которой под<:оедкнена с помощью общей шины к одной из выходных клемм преобразователя, цепь из последовательно соедкненнь!х HcTG÷«Hêd с"ор«0—

ГО НВПрЯЖ«31>ИЯ „,Г(pOCCP lя К Тl(ПИ:1 c ii- О." О ключа с принудительной ком(1утац«i«lé, !

Годк it«Ie«t«yI<) СОО-.B«Bтстве(1«0 к катоду и аноду диода, и блок управлен:- ч истo «ником Ottoptiol0 напряжения, вы— ход которого подсоединен к управ— л яющему входу источн ика, о т л и (1 аю щ е е с я тем, «то, с целью сн;«вЂ” жения потерь мо Е«ос ги, оно снабжено блохом задания уставки и датчиком тока, подсоедкненным своими входами кО втОРОй Bt>ixОДнОЙ клРM11P. пPРООPci зователя и к катоду диода, а выход датчика тока подключен через блок задания уставки ко входу блока уп анJIG .н и я истОчн икОм 0 !lop« oro H апряжен и я .

2. Устройство по г;. 1, о т л и «а«а щ е е с я тем, ч:o в не>«дат!Як

ТО Ка БЫПОЛНС>Н ti iЬ ОС>10 ВЕ 3 а КP(. Ï. 1- H 0ГО li d Д 13JIP ti НИ" годиода с последовательHG ссс д, ненным

II< pBûì рези< тором и операционного усилитет:я, инвертирующий Вхсд кстсрогс подсоединен к катоду магнитодио;.;а и через второй резистор — к его

ВЫХОДУ а H PHH БС«ртИ ()УЮЩИ?1 1>ло i(у .,:1ли-.сля:«одсоединен чере3 . !.ет К р«3. HcT0p к Общей t !!i «е «:!ричем анод

«>!Н l «ЙТОдиОца c )един Р lt . к 1(«»мои,Г()1»

ПО,IК!lюче;>ия ;..-.Тo ««ика и>-.т а«и-:я и ! B >; 3:)Н «1>(Й С Мд..: : и! <1!И .)Дс(с 1; (01!(. «1

Ht„t)1С))1 it(>«.,1,От (; „- с«(, >«i С, . ",ИН::1

974494 клеммой для подсоединения источника смещен и я .

3. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что датчик тока выполнен на основе закрепленной на диэлектрической пластине цепи иэ N последовательно соединенных магнитоуправляем х контактов, вход которой подсоединен к клемме для подключения источника тока и выход подсоединен через первый ре- 10 зистор к инвертирующему входу операционного усилителя, подсоединен— ному через второй резистор к выходу усилителя, неинвертирующий вход которого через третий резистор подсоединен к общей шине, причем параллельно каждому магнитоуправляемому контакту, начиная со второго, подсоединен резистор, 4. Устройство по п.3, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, магнитоуправляемые контакты подсоединены одними выводами к клемме для подключения источника тока и вторыми — к первым выводам резисторов, вторые

15 выводы которых подсоединены к ин— вертирующему входу операцио..ного

1 у силител я .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

".DHäåòåльстно СССР

02 Н 7/10, 1968. свидетельство СССР

02 Н 7/10, 1973.

1. Авторское

9 406262, кл. ЕЧ

2. Авторское

I! 382196, кл. Н

5. Устройство попп.1,2,3, 0 т л и ч а ю щ е е с я тем, что в нем пластина с магнитоуправляем ми контак тами закреплена на штоке из диэлектрика, снабженном механизмом регулирования угла.

6. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что в нем блок задания уставки выполнен на операцион— ном усилителе, инвертирующий вход которого подсоединен через первый резистор к входной клемме и через цепь из параллельно соединенных второго резистора и стабилитрона к его выходу, а неинвертирующий вход усилителя подсоединен через третий резистор к общей шине и через четвертый резистор - к движку пятого переменного резистора, выходы которого подсоединены к клеммам для подключения источников питания, 1- ермак > (>g> i . ..ох >: а

Соотавнтял 3 Коогк».Н>; > ° .к - з >> а>-д Заказ

8 7-" ", >-:ая 6 6 9

Hl" Р до g т(-,. >>= о .>;>c=тець,>, %, тко 1 3>, . >о.-,к==;<- 36 . ????????>ока>=. !- = о