SU1101990A1

SU1101990A1 - Thyristor converter with protection

Info

Publication number: SU1101990A1
Application number: SU833577916A
Authority: SU
Inventors: Леонид Игнатьевич Цытович
Original assignee: Челябинский Политехнический Институт Им.Ленинского Комсомола
Priority date: 1983-03-09
Filing date: 1983-03-09
Publication date: 1984-07-07

Abstract

ТИРИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ЗАЩИТОЙ, содержащий силовой трансформатор , первична обмотка которого через автоматический выключатель соединена с выводами дл подключени питающей сети, вторична обмотка крайними выводами подключена к анодам тиристоров, а средним выводом - к первому выходному выводу, систему импульсно-фазового управлени тиристорами, вход которой соединен с выводом дл подключени источника сигнала управлени , а выходы подключены к управл ющим электродам « i:.-.: . .л; тиристоров, источник опорного напр жени и демодулирующий фильтр, выход которого через пороговый элемент подключен к управл ющему входу автоматического выключател , о т л ичающийс тем, что, с целью упрощени конструкции и повышени надежности, в него введены разделительный трансформатор с первичной и двум вторичными обмотками,первый и второй резисторы и релейньй элемент , при этом первична обмотка , разделительного трансформатора крайними выводами подключена к катодам тиристоров, а средним выводом i соединена с вторым выходным выводом, перва вторична обмотка через пер (Л вый резистор подключена к источнику опорного напр жени , а втора вторична обмотка включена между входом релейного элемента, через второй резистор подключенным к шине нулевого потенциала, и его выходом, соединенным с входом демодулирующего фильтра.THYRISTOR TRANSFER WITH PROTECTION, containing a power transformer, the primary winding of which is connected to the terminals for connecting the supply mains through a circuit breaker, the secondary winding is connected to the thyristors anodes by the outer leads, and the middle output to the first output terminal of the system, which is controlled by a thyristor anode to the thyristors, and the middle output - to the first output terminal, a system of pulse-phase control of thyristors. connected to a terminal for connecting a control signal source, and the outputs are connected to control electrodes "i: .- .:. .l; thyristors, reference voltage source and demodulating filter, the output of which through a threshold element is connected to the control input of a circuit breaker, which is limited by the fact that, in order to simplify the design and increase reliability, a separation transformer with primary and two secondary windings is introduced into it , the first and second resistors and the relay element, with the primary winding, the isolation transformer is connected to the cathodes of the thyristors by extreme terminals, and the middle terminal i is connected to the second output m terminal, a first secondary winding across the lane (A vy resistor is connected to a source of reference voltage and the second secondary winding is connected between the input of the relay member via a second resistor connected to the zero potential bus and its output connected to the input of the demodulation filter.

Description

Изобретение относитс к силовой преобразовательной технике и может использоватьс при автоматизации технологических процессов, например, в системах вентильного электропривода прокатных станов.The invention relates to power converter technology and can be used in the automation of technological processes, for example, in systems of a valve drive of rolling mills.

Известен тиристорный преобразователь (ТП), система импульсно-фазового управлени которого выполнена на основе автоколебательных преобразователей аналоговой информации с использованием амплитудной модул ции синхронизирующего воздействи , что повышает помехоустойчивость системы управлени тиристорами силового блока С 13A thyristor converter (TP) is known, the pulse-phase control system of which is based on self-oscillating analog information converters using amplitude modulation of the synchronizing effect, which increases the noise immunity of the thyristor control system of the power block C 13

Однако данное устройство характеризуетс низкой надежностью,так как в нем не предусмотрен блок быстродействующей запщты тиристоров по току нагрузки.However, this device is characterized by low reliability, since it does not provide a block of fast-acting thyristors for load current.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности вл етс тиристорный преобразователь с запщтой , содержащий силовой трансформатор , первична обмотка которого через автоматический выключатель соединена с выводами дл подключени питающей сети, вторична обмотка крайними выводами подключена к анодам тиристоров, а средним выводом к первому выходному выводу, систему импульсно-фазового управлени тиристорами (СИФУ), вход которой соединен с выводом дл подключени источника сигнала управлени , а выходы подключены к управл ющим электродам тиристоров, источник опорного напр жени и демодулирующий фильтр, выход которого через пороговый элемент подключен к управл ющему входу автоматического выключател . Устройство характеризуетс высокой надежностью СИФУ преобразовател 211.The closest to the invention to the technical essence is a thyristor converter with a switch containing a power transformer, the primary winding of which is connected to the terminals for connecting the supply mains through a circuit breaker, the secondary winding is connected to the output terminals of the thyristors and the middle output to the first output terminal of the system pulse-phase thyristor control (SIFU), the input of which is connected to the output for connecting the control signal source, and the outputs are connected to the control electrodes thyristors source reference voltage and the demodulation filter, the output of which through a threshold element connected to a control input of the breaker. The device is characterized by high reliability of SIFU converter 211.

Однако известньй преобразователь имеет низкую надежность блока силовы тиристоров.However, limestone converter has a low reliability of power thyristor block.

Традиционным способом отключени силового блока тиристорных ключей от напр жени сети вл етс формирование сигнала превышени током нагрузки допустимого значени . Информационным воздействием на силовой выключатель в данном случае вл етс выходное напр жение датчика тока.The traditional way to disconnect the power unit of the thyristor switches from the mains voltage is to form a signal that the load current exceeds the permissible value. The information effect on the circuit breaker in this case is the output voltage of the current sensor.

Защита известного ТП от перегрузо по току не обеспечивает высокой надежности блока силовых тиристоров так как защиту от преобразовател Protection of a known TP against overload current does not provide high reliability of the power thyristor unit as protection against the converter

необходимо осуществл ть не по среднему значению тока нагрузки, а по максимальному значению тока, протекающего через вентиль силового блока . Реализаци подобного алгоритма защиты ТП с помощью известных технических средств ведет к резкому увеличению аппаратурных затрат, так как требует введение в преобразователь датчиков тока, число которых должно соответствовать числу силовых тиристоров ТП. Это в свою очередь снижает надежность тиристорного преобразовател в целом.it is necessary to carry out not by the average value of the load current, but by the maximum value of the current flowing through the power unit valve. The implementation of such a TP protection algorithm using well-known technical means leads to a sharp increase in hardware costs, since it requires the introduction of current sensors into the converter, the number of which should correspond to the number of power thyristors TP. This in turn reduces the reliability of the thyristor converter as a whole.

Целью изобретени вл етс упрощение конструкции и повышение надежности тиристорного преобразовател .The aim of the invention is to simplify the design and increase the reliability of the thyristor converter.

Поставленна цель достигаетс The goal is achieved

тем, что в тиристорный преобразователь с защитой, содержащий силовой трансформатор., первична обмотка которого через автоматический выключатель соединена с выводами дл that in the thyristor converter with protection, containing a power transformer., the primary winding of which is connected to the terminals for a

подключени питающей сети, вторична обмотка крайними выводами подключена к анодам тиристоров, а средним выводом - к первому выходному выводу, систему импульсно-фазового управлени тиристорами, вход которой соединен с выводом дл подключени источника сигнала управлени ,, а выходы подключены к управл ющим электродам тиристоров, источник опорного напр жени и демодулирующий фильтр, выход которого через пороговый элемент подключен к управл ющему входу автоматического выключател , введены разделительныйpower supply, the secondary winding is terminally connected to the thyristor anodes, and the middle output to the first output terminal, the system of pulse-phase thyristor control, the input of which is connected to the output for connecting the control signal source, and the outputs are connected to the control electrodes of the thyristors, the source of the reference voltage and the demodulation filter, whose output through the threshold element is connected to the control input of the circuit breaker, introduced separation

трансформатор с первичной и двум вторичными обмотками, первый и второй резисторы к релейньш элемент, при этом первична обмотка разделительного трансформатора крайнимиtransformer with primary and two secondary windings, the first and second resistors to the relay element, while the primary winding of the isolation transformer is extreme

вьтодами подключена к катодам тиристоров , а средним выводом соединена с вторым выходным выводом, перва вторична обмотка через первый резистор подключена к источнику опорного напр жени , а втора вторична обмотка включена между входом релейного элемента, через второй резистор подключенным к шине нулевого потенциала, и его выходом, соединенным с входом демодулирующегThe terminals are connected to the thyristor cathodes, and the middle output is connected to the second output terminal, the first secondary winding is connected via a first resistor to the voltage source, and the second secondary winding is connected between the input of the relay element, through the second resistor connected to the zero potential bus, and its output connected to the demodulating input

фильтра.filter.

На фиг.1 изображена функциональна схема предлагаемого устройства. на фиг.2 - временные диаграммы его сигналов. Устройство содержит автоматический выключатель 1, силовой трансформатор 2 с первичной 3 и вторичной Д обмотками, тиристоры 5 и 6 с управл ющими электродами 7 и 8, систему импульсно-фазового управлени (СИФУ) 9 с входньм выводом 10,разделительный трансформатор 11 с первичной 12 и вторичными 13 и 14 обмотками, резисторы 15 и 16, релей ньй элемент 17, демодулирующий фильтр 18, пороговьй элемент 19, .входные выводы 20 и 21, управл ющий вход 22 автоматического выключател 1, выводы 23 и 24 дл подключени источника опорного напр жени , шина 25 нулевого потенциа ла преобразовател . К выходу преобразовател подключена нагрузка 26. Устройство работает следующим об разом. СИФУ 9 служит дл формировани импульсов управлени тиристорами 5 и 6 и выполнена по известной схеме, например на основе автоколебательных преобразователей информации.Под действием сигнала управлени происходит фазовый сдвиг импульсов управ лени тиристорами 5 и 6 по отношени к напр жению сети Ucemu , за сче чего измен етс продолжительность открытого состо ни тиристоров 5 и Трансформатор 11 в совокупности с релейным элементом 17 (фиг.1) образуют каскад, работающий в режиме устойчивых автоколебаний и выполн ющий функции датчика тока тиристо ров 5 и 6. При нулевом значении токов в обмотках 12 и 13 среднее значение сигнала на выходе релейного элемента 17 равно нулю (фиг, ). Релейный элемент t7 имеет симметрич ные относительно нулевого уровн ТП пороги переключени t 6 (фиг.2а.), а его выходной сигнал (фиг.25 ) неизменен по модулю амплитуды и мен етс только по знаку в пределах t А. При положительном знаке вькодног импульса релейного элемента 17 через обмотку 14 трансформатора 11 протекает ток, который создает на резисторе 16 падение напр жени , амплитуда которого пропорциональна току холостого хода разделительного трансформатора 11. В момент насьпден Магнитопровода трансформатора 11 на резисторе 16 создаетс импульс напр жени (фиг.2 а), под действием которого происходит переключение релейного элемента 17 (фиг.26) и начинаетс процесс перемагничивани трансформатора 11. Следующее переключение релейного элемента 17 происходит в момент времени очередного насыщени трансформатора 11. В дальнейшем процесс периодически повтор етс . При этом посто нна состашт юща выходных импульсов релейного элемента 17 за период их дискретизации равна нулю. Предположим, что к обмотке 13 подключен источник опорного напр жени посто нного уровн . Тогдав интервале времени t (фиг.2) перемагничивание трансформатора 11 происходит под действием суммы токов в обмотках 13 и 14, а в интервале времени с 2 (фиг.2 г. ) - под действием разности токов в этих обмотках. В результате t2 t и посто нна составл юща выходных импульсов релейного элемента 17 за период автоколебаний достигает величины, пропорциональной уровню тока в обмотке 13. Аналогичным образом автоколебательный каскад 11 и 17 реагирует и на изменение токов в обмотке 12. Вьщеление посто нной составл ющей выходных импульсов релейного элемента 17 осуществл етс с помощью демодулирующего фильтра 18 (фиг.2а)« Частота автоколебаний каскада 14 и 22 выбираетс намного превышающей частоту сетевого напр жени . Рассмотрим принцип действи автооколебательного каскада ТП при работе тиристоров 5 и 6. Считаем, что опорное напр жение, подключенное к обмотке 13, равно нулю. При переходе тиристора 5 в открытое состо ние через odMOTKy 12 протекает так нагрузки, который вызывает изменение скважности импульсов на выходе релейного элемента 17. Учитыва , что частота автоколебаний намного превьшает частоту тока в тиристоре 5, посто нна времени фильтра 18 незначительна, а на входе порогового элемента 19 формируетс сигнал, который с достаточно высокой точностью повтор ет форму тока через тиристор 3.. в следующем полупериоде сетевого напр жени работает тиристор 6, и1 shows a functional diagram of the proposed device. figure 2 - timing charts of his signals. The device contains a circuit breaker 1, a power transformer 2 with a primary 3 and a secondary D windings, thyristors 5 and 6 with control electrodes 7 and 8, a pulse-phase control system (SIFU) 9 with an input terminal 10, an isolation transformer 11 with a primary 12 and secondary 13 and 14 windings, resistors 15 and 16, relay ny element 17, demodulating filter 18, threshold element 19, input pins 20 and 21, control input 22 of circuit breaker 1, pins 23 and 24 for connecting a voltage source, 25 potential zero bus Form. A load 26 is connected to the output of the converter. The device operates as follows. SIFU 9 serves to generate thyristor control pulses 5 and 6 and is made according to a well-known scheme, for example, based on self-oscillating information converters. The control signal causes a phase shift of thyristor control pulses 5 and 6 with respect to the voltage of the Ucemu network, why change The duration of the open state of the thyristors 5 and the Transformer 11, together with the relay element 17 (Fig. 1), form a cascade operating in a stable self-oscillation mode and acting as a current sensor Tiris. a trench 5 and 6. At zero current in the windings 12 and 13, the average value of the signal at the output of the relay member 17 is zero (FIG). The relay element t7 is symmetrical about the zero level of the TP switching thresholds t 6 (Fig. 2a.), And its output signal (Fig. 25) is unchanged in magnitude and changes only in sign within t A. With a positive sign of a single pulse relay element 17 through the winding 14 of the transformer 11 current flows, which creates a voltage drop across the resistor 16, the amplitude of which is proportional to the no-load current of the isolation transformer 11. At the time of the magnetic circuit of the transformer 11, a pulse is generated Fig.2 a), under the action of which the switching of the relay element 17 occurs (Fig.26) and the process of re-magnetization of the transformer 11 begins. In this case, the constant composing of the output pulses of the relay element 17 for the period of their discretization is zero. Suppose that a constant level voltage source is connected to winding 13. Then the time interval t (figure 2) the reversal of the transformer 11 occurs under the action of the sum of the currents in the windings 13 and 14, and in the time interval 2 (figure 2) under the action of the difference of the currents in these windings. As a result, t2 t and the constant component of the output pulses of the relay element 17 during the period of self-oscillations reaches a value proportional to the level of current in the winding 13. Similarly, the self-oscillating stage 11 and 17 also reacts to a change in the currents in the winding 12. The output component pulses Relay element 17 is implemented using a demodulating filter 18 (Fig. 2a). The frequency of the self-oscillations of the cascade 14 and 22 is chosen to be much higher than the frequency of the mains voltage. Consider the principle of the auto-oscillating cascade of TPs when thyristors 5 and 6 are in operation. We assume that the reference voltage connected to winding 13 is zero. When the thyristor 5 goes into the open state through odMOTKy 12, the load flows so that the pulse duty cycle at the output of the relay element 17 changes. Considering that the frequency of self-oscillations far exceeds the frequency of the current in the thyristor 5, the filter time 18 is insignificant, and at the input threshold element 19, a signal is formed that with sufficiently high accuracy repeats the form of the current through the thyristor 3 .. in the next half-period of the mains voltage, the thyristor 6 operates, and

ток нагрузки контролируетс с помощью обмотки 12 аналогично.load current is controlled by winding 12 in a similar way.

Таким образом, при нормальной работе тиристоров 5 и 6 автоколебательный каскад 11 и 17 выполн ет функции датчика тока нагрузки 26,Thus, during normal operation of the thyristors 5 and 6, the self-oscillating stage 11 and 17 performs the functions of a load current sensor 26,

Если в цепи нагрузки ТП происходит короткое замыкание, то резко увеличиваетс ток через одну из полуобмоток 12 разделительного трансформатора 11. В результате на выходе демодулирующего фильтра 18 возрастает амплитуда напр жени , котора достигает уровн срабатывани порогового элемента 19, и на вход 22 выключател 1 подаетс импульс напр жени , привод щий к отключению ТП от напр жени сети. Порого вый элемент 19 выполнен с симметричной зоной нечувствительности, а его выходной импульсный сигнал имеет знак, например отрицательный, не завис щий от знака сигнала на выходе фильтра 18.If a short circuit occurs in the load circuit of the TP, the current through one of the half-windings 12 of the isolation transformer 11 increases dramatically. As a result, the voltage amplitude at the output of the demodulating filter 18 increases and reaches the trigger level of the threshold element 19, and a pulse is applied to the input 22 of the switch 1 voltage, leading to disconnection of the TP from the mains voltage. The threshold element 19 is provided with a symmetrical deadband, and its output pulse signal has a sign, for example, a negative one, independent of the sign of the signal at the output of the filter 18.

Предположим, что произошло коро .ткое замыкание в цепи тиристора 5 и он оказалс элементом с двухсторонней проводимостью. Тогда при переходе тиристора 6 в открытое состо ние ток короткого замыкани будет протекать сразу через обе полуобмотки 12 трансформатора 11. Это вызывае эффект увеличени коэффициентаSuppose a short circuit occurs in the thyristor circuit 5 and it turns out to be an element with two-way conductivity. Then, when the thyristor 6 goes into the open state, the short-circuit current will flow immediately through both half-windings 12 of the transformer 11. This causes the effect of an increase in the coefficient

усилени автоколебательного каскада ТП, что способствует форсированию процесса выключени силового трансФорматора 2. Таким образом, автоколебательный каскад ТП в данном случае выполн ет функции датчика ток короткого замыкани во вторичной цепи силового трансформатора 2, причем с коэффициентом усилени ,превышающим его значение при нормальной работе тиристоров 5 и 6.amplifying the self-oscillating stage of the TP, which contributes to speeding up the process of turning off the power transformer 2. Thus, the self-oscillating cascade TP in this case performs the functions of a sensor short circuit current in the secondary circuit of the power transformer 2, and with a gain greater than its value during normal operation of the thyristors 5 and 6.

С помощью обмотки 13 и источника опорного напр жени , подключаемого к выводам 23 И 24, производитс установка О выходного сигнала релейного элемента 17, либо наоборот в случае необходимости задаетс асимметри статической характеристики автоколебательного каскада ТП.The output signal of the relay element 17 is set using the winding 13 and the source of the reference voltage connected to the pins 23 And 24, or vice versa, if necessary, the asymmetry of the static characteristic of the self-oscillating stage TP is set.

Таким образом, защита блока силовых тиристоров осуществл етс как по току нагрузки, так и по амплитудному значению тока короткого замыкани через тиристоры.Thus, the protection of the power thyristor unit is carried out both by the load current and by the amplitude value of the short circuit current through the thyristors.

Кроме того, контроль тока через вентили силового блока осуществл етс с помощью лишь одного датчика тока, что значительно упрощает конструкцию ТП.In addition, the control of the current through the valves of the power unit is carried out using only one current sensor, which greatly simplifies the design of the TP.

Предлагаемый тиристорный преобразователь отличаетс простотой технической реализации и повышенной надежностью.The proposed thyristor converter is characterized by simplicity of technical implementation and increased reliability.

UCUIHI UCUIHI

Фм/Fm /

5five

6 о6 o

-5-five

г оabout

-А-BUT

.Г.G

Claims

THYRISTOR CONVERTER WITH PROTECTION, containing a power transformer, the primary winding of which is connected through the circuit breaker to the terminals for connecting the mains, the secondary winding is connected to the anodes of the thyristors by the extreme leads, and the secondary terminal to the first output terminal, the pulse-phase thyristor control system, the input of which connected to the output for connecting the source of the control signal, and the outputs are connected to the control electrodes of the thyristors, the reference voltage source and demodulating fi ntr, the output of which through a threshold element is connected to the control input of the circuit breaker, characterized in that, in order to simplify the design and increase reliability, an isolation transformer with primary and two secondary windings, the first and second resistors and a relay element are introduced into it the primary winding of the isolation transformer with the terminal leads connected to the cathodes of the thyristors, and the middle terminal connected to the second output terminal, the first secondary winding through the first resistor connected to the reference voltage source, and the second secondary winding is connected between the input of the relay element, through the second resistor connected to the zero potential bus, and its output connected to the input of the demodulating filter.

066 101 G ns