гасительное устройство для рекуперирующей мостовой схемы вентильного преобразования

Формула изобретения

1. Способ управления гасительным устройством (LOV) для рекуперирующей мостовой схемы (SRB) вентильного преобразователя, причем мостовая схема вентильного преобразователя, управляемая пусковыми импульсами схемы (AST) управления, синхронизированной с сетью, своими тремя входами (1U1, 1V1, 1W1) подключена к фазам (U, V, W) трехфазной сети, а оба выхода (1С1, 1D1) мостовой схемы связаны с электродвигателем (МОТ) постоянного тока, который в генераторном режиме через мостовую схему возвращает энергию в трехфазную сеть, и гасительное устройство управляется блоком (ALE) управления, от которого выдается импульс управления в зависимости от контроля электрических и временных параметров, отличающийся тем, что характеристики изменения, по меньшей мере, двух фаз (U, V) трехфазной сети измеряются как функция фазового угла ( ) в заданном диапазоне фазового угла ( ), из характеристики изменения обеих фаз (U, V) как функции фазового угла ( ) определяется характеристический параметр, полученный характеристический параметр (A_gem) сравнивается с соответствующим теоретическим параметром (А_thе), и при отклонении характеристического параметра (A_gem ), определенного из измеренных значений фаз (U, V), на заранее заданное значение от теоретического параметра активируется гасительное устройство (LOV).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что характеристический параметр представляет собой площадь (A _gem, A_the), которая ограничена характеристиками изменений фаз (U, V), причем вычисляется площадь между заданным нижним фазовым углом ( _min) и заданным верхним фазовым углом ( _mах).

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что площадь (A_gem, А_the) вычисляется по формуле:

4. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что нижняя граница фазового угла

( _min) соответствует фазовому углу ( _z) включения тиристора для коммутации первой фазы (U) на вторую фазу (V).

5. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что верхняя граница фазового угла ( _mах) соответствует значению фазового угла, при котором первая фаза (U) и вторая фаза (V) имеют одно и то же значение напряжения.

6. Способ по п.4, отличающийся тем, что верхняя граница фазового угла ( _mах) соответствует значению фазового угла, при котором первая фаза (U) и вторая фаза (V) имеют одно и то же значение напряжения.

7. Способ по любому из пп.2, 3 или 6, отличающийся тем, что верхняя граница фазового угла лежит максимально на 30° после фазового угла ( _z) включения тиристора.

8. Способ по п.4, отличающийся тем, что верхняя граница фазового угла лежит максимально на 30° после фазового угла ( _z) включения тиристора.

9. Способ по п.5, отличающийся тем, что верхняя граница фазового угла лежит максимально на 30° после фазового угла ( _z) включения тиристора.

10. Способ по любому из пп.2, 3, 6, 8 или 9, отличающийся тем, что гасительное устройство (LOV) активируется, когда измеренная площадь (A _gem) на определенную величину меньше, чем теоретическая площадь (А_the).

11. Способ по п.4, отличающийся тем, что гасительное устройство (LOV) активируется, когда измеренная площадь (A_gem) на определенную величину меньше, чем теоретическая площадь (А_the).

12. Способ по п.5, отличающийся тем, что гасительное устройство (LOV) активируется, когда измеренная площадь (A_gem) на определенную величину меньше, чем теоретическая площадь (А_the).

13. Способ по п.7, отличающийся тем, что гасительное устройство (LOV) активируется, когда измеренная площадь (A_gem) на определенную величину меньше, чем теоретическая площадь (А_the).

14. Способ по любому из пп.2, 3, 6-9, 11, 12 или 13, отличающийся тем, что вычисление теоретической площади (А_the) выполняется для косинусной или синусной характеристики фаз (U, V) в зависимости от фазового угла.

15. Способ по п.4, отличающийся тем, что вычисление теоретической площади (А_the) выполняется для косинусной или синусной характеристики фаз (U, V) в зависимости от фазового угла.

16. Способ по п.5, отличающийся тем, что вычисление теоретической площади (А_the) выполняется для косинусной или синусной характеристики фаз (U, V) в зависимости от фазового угла.

17. Способ по п.1, отличающийся тем, что вычисление теоретической площади (А_the) выполняется для косинусной или синусной характеристики фаз (U, V) в зависимости от фазового угла.

18. Способ по п.10, отличающийся тем, что вычисление теоретической площади (A_the) выполняется для косинусной или синусной характеристики фаз (U, V) в зависимости от фазового угла.

19. Способ по любому из пп.1-3, 6, 8 или 9, отличающийся тем, что дополнительно определяется выходной постоянный ток (i_A) электродвигателя как функция времени, формируется вторая производная выходного постоянного тока (i _A) электродвигателя по времени, и в случае, когда вторая производная в области между двумя последовательными моментами времени (t_z1, t_z2; t_z2; t _z3; t_z3, t_z4) включения тиристоров принимает значение, большее или равное нулю, гасительное устройство (LOV) активируется.

20. Способ по п.4, отличающийся тем, что дополнительно определяется выходной постоянный ток (i _A) электродвигателя как функция времени, формируется вторая производная выходного постоянного тока (i_A) электродвигателя по времени, и в случае, когда вторая производная в области между двумя последовательными моментами времени (t_z1, t _z2; t_z2; t_z3; t_z3, t _z4) включения тиристоров принимает значение, большее или равное нулю, гасительное устройство (LOV) активируется.

21. Способ по п.5, отличающийся тем, что дополнительно определяется выходной постоянный ток (i_A) электродвигателя как функция времени, формируется вторая производная выходного постоянного тока (i_A) электродвигателя по времени, и в случае, когда вторая производная в области между двумя последовательными моментами времени (t_z1, t_z2; t_z2 ; t_z3; t_z3, t_z4) включения тиристоров принимает значение, большее или равное нулю, гасительное устройство (LOV) активируется.

22. Способ по п.7, отличающийся тем, что дополнительно определяется выходной постоянный ток (i _A) электродвигателя как функция времени, формируется вторая производная выходного постоянного тока (i_A) электродвигателя по времени, и в случае, когда вторая производная в области между двумя последовательными моментами времени (t_z1, t _z2; t_z2, t_z3; t_z3, t _z4) включения тиристоров принимает значение, большее или равное нулю, гасительное устройство (LOV) активируется.

23. Способ управления гасительным устройством (LOV) для рекуперирующей мостовой схемы (SRB) вентильного преобразователя, причем мостовая схема вентильного преобразователя, управляемая пусковыми импульсами схемы (AST) управления, синхронизированной с сетью, своими тремя входами (1U1, 1V1, 1W1) подключена к фазам (U, V, W) трехфазной сети, а оба выхода (1С1, 1D1) мостовой схемы связаны с электродвигателем (МОТ) постоянного тока, который в генераторном режиме через мостовую схему возвращает энергию в трехфазную сеть, и гасительное устройство управляется блоком (ALE) управления, от которого выдается импульс управления в зависимости от контроля электрических и временных параметров, отличающийся тем, что определяется выходной постоянный ток (i_A) электродвигателя как функция времени, формируется вторая производная выходного постоянного тока (i_A) электродвигателя по времени, и в случае, когда вторая производная в области между двумя последовательными моментами времени включения тиристоров (t_z1, t_z2; t_z2, t _z3; t_z3, t_z4) принимает значение, большее или равное нулю, гасительное устройство (LOV) активируется.

24. Способ по п.19, отличающийся тем, что выходной постоянный ток (i_A) непосредственно измеряется на стороне электродвигателя.

25. Способ по любому из пп.20-23, отличающийся тем, что выходной постоянный ток (i_A) непосредственно измеряется на стороне электродвигателя.

26. Способ по п.19, отличающийся тем, что выходной постоянный ток (i_A) выводится из, по меньшей мере, двух сетевых токов.

27. Способ по любому из пп.20-23, отличающийся тем, что выходной постоянный ток (i _A) выводится из, по меньшей мере, двух сетевых токов.

28. Способ по любому из пп.1-3, 6-9, 11-13, 15-18, 20-24 или 26, отличающийся тем, что определяется выходной постоянный ток (i_A) электродвигателя, и гасительное устройство активируется при превышении заданного порогового значения (i_As) контролируемого выходного постоянного тока.

29. Способ по п.4, отличающийся тем, что определяется выходной постоянный ток

(i_A) электродвигателя, и гасительное устройство активируется при превышении заданного порогового значения (i _As) контролируемого выходного постоянного тока.

30. Способ по п.5, отличающийся тем, что определяется выходной постоянный ток

(i_A) электродвигателя, и гасительное устройство активируется при превышении заданного порогового значения (i _As) контролируемого выходного постоянного тока.

31. Способ по п.7, отличающийся тем, что определяется выходной постоянный ток

(i_A) электродвигателя, и гасительное устройство активируется при превышении заданного порогового значения (i _As) контролируемого выходного постоянного тока.

32. Способ по п.10, отличающийся тем, что определяется выходной постоянный ток (i_A) электродвигателя, и гасительное устройство активируется при превышении заданного порогового значения (i _As) контролируемого выходного постоянного тока.

33. Способ по п.14, отличающийся тем, что определяется выходной постоянный ток (i_A) электродвигателя, и гасительное устройство активируется при превышении заданного порогового значения (i _As) контролируемого выходного постоянного тока.

34. Способ по п.19, отличающийся тем, что определяется выходной постоянный ток (i_A) электродвигателя, и гасительное устройство активируется при превышении заданного порогового значения (i _As) контролируемого выходного постоянного тока.

35. Способ по п.25, отличающийся тем, что определяется выходной постоянный ток (i_A) электродвигателя, и гасительное устройство активируется при превышении заданного порогового значения (i _As) контролируемого выходного постоянного тока.

36. Способ по п.27, отличающийся тем, что определяется выходной постоянный ток (i_A) электродвигателя, и гасительное устройство активируется при превышении заданного порогового значения (i _As) контролируемого выходного постоянного тока.

37. Способ по п.28, отличающийся тем, что пороговое значение (i _As) соответствует трехкратному номинальному току мостовой схемы (SRB) вентильного преобразователя.

38. Способ по любому из пп.29-36, отличающийся тем, что пороговое значение (i_As) соответствует трехкратному номинальному току мостовой схемы (SRB) вентильного преобразователя.

39. Гасительное устройство (LOV) для рекуперирующей мостовой схемы (SRB) вентильного преобразователя, причем мостовая схема вентильного преобразователя, управляемая пусковыми импульсами схемы (AST) управления, синхронизированной с сетью, своими тремя входами (1U1, 1V1, 1W1) подключена к фазам (U, V, W) трехфазной сети, а оба выхода (1С1, 1D1) мостовой схемы связаны с электродвигателем (МОТ) постоянного тока, который в генераторном режиме через мостовую схему возвращает энергию в трехфазную сеть, и гасительное устройство управляется блоком (ALE) управления, от которого выдается импульс управления в зависимости от контроля электрических и временных параметров, при этом гасительное устройство (LOV) содержит для каждой половины мостовой схемы (V11, V13, V15; V11', V13', V15' или V14, V16, V12; V14', V16', V12') гасящий конденсатор (С1 или С2), заряжаемый от схемы заряда (R1, S1, R2, S2 или R3, S3, R4, S4) до определенного напряжения гашения, и гасящие конденсаторы (С1 или С2) в случае гашения с помощью управляемых блоком (ALE) управления переключателей (V31, V32, V39 или V34, V33, V40) подключаются к упомянутым половинам мостовой схемы, отличающееся тем, что гасительное устройство управляется согласно способу по любому из пп.1-38.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу управления гасительным устройством для рекуперирующей мостовой схемы вентильного преобразователя, причем мостовая схема вентильного преобразователя, управляемая пусковыми импульсами схемы управления, синхронизированной с сетью, своими тремя входами подключена к фазам трехфазной сети, а оба выхода мостовой схемы связаны с электродвигателем постоянного тока, который в генераторном режиме через мостовую схему возвращает энергию в трехфазную сеть, и гасительное устройство управляется блоком управления, от которого выдаются управляющие импульсы в зависимости от контроля электрических и временных параметров.

Кроме того, изобретение относится к соответствующему гасительному устройству.

В случае вентильных преобразователей с сетевым управлением, например, таких как описаны в патенте АТ 404 414 В заявителя, нарушения в характеристиках изменения напряжения или тока, в частности, перенапряжения и/или ошибки коммутации, могут привести к разрушению дорогостоящих тиристоров или выключателей подобной мостовой схемы.

Точнее говоря, в вентильных преобразователях с сетевым управлением проявляется фундаментальная проблема режима опрокидывания инвертора в режиме возврата энергии (рекуперации). При этом при прорыве напряжения сети и достаточном постоянном напряжении, например, соответствующем напряжении якорных цепей, возникает ток перегрузки, который возрастает и больше не может быть погашен даже посредством вентильного преобразователя. Это принудительным образом приводит к срабатыванию, как правило, предусмотренных предохранителей, которые должны защищать тиристоры. Следствием является продолжительный простой вентильного преобразователя и запитываемого от него электродвигателя, так как требуется соответствующее время, чтобы заменить предохранители, которые обычно выполнены в виде быстродействующих полупроводниковых предохранителей. Поэтому стремились к созданию различных, иногда дорогостоящих устройств для ограничения и прерывания тока перегрузки, или для предотвращения режима опрокидывания инвертора, или его завершения контролируемым образом, как, например, в вышеуказанном патенте заявителя.

Известны, например, быстродействующие выключатели постоянного тока, которые включаются в цепь постоянного тока. Однако, если должно быть гарантировано его надежное функционирование, то дополнительно требуются дроссели с пропорциональным в высокой степени управлением для ограничения нарастания тока, в результате чего затраты оказываются значительными, не говоря уже о проблемах проектирования и регулярного обслуживания для надежного функционирования.

Также известны другие способы для прямой коммутации тиристоров с помощью коммутирующих конденсаторов преобразователя, например, для гашения только одной из двух половин мостовой схемы вентильного преобразователя с помощью конденсатора, причем ток электродвигателя вплоть до полного спадания до нуля продолжает еще полностью нагружать вентили второй половины мостовой схемы, вследствие чего не во всех случаях возможна защита. Сходный с этим способ заключается в гашении обеих половин мостовой схемы с помощью двух конденсаторов с соответствующими схемами ограничения напряжения, параллельно включенными им, что, однако, допускает перенапряжения на электродвигателе. Кроме того, указанные способы не защищают от перенапряжения при разрывах связи с сетью, если между сетью и мостовой схемой вентильного преобразователя включен трансформатор.

Задача изобретения заключается в создании способа управления гасительным устройством, с помощью которого тиристоры рекуперирующего вентильного преобразователя могут гаситься настолько быстро, что полупроводниковые предохранители, включенные перед отдельными тиристорами или перед вентильным преобразователем в целом, особенно в случае режима опрокидывания инверторов, защищаются от перегорания или предповреждения (старения). Если предохранители имеются, то не должен достигаться их интеграл плавления (параметр i²t), а в режиме работы без использования предохранителей не должен достигаться защитный показатель (интеграл плавления i²t) тиристоров. Кроме того, вентильный преобразователь должен быть защищен от перенапряжений, которые проявляются, в частности, при прерываниях соединения с сетью, прежде всего при работе с трансформатором, и которые часто являются причиной ошибок коммутации и приводят к разрушению тиристоров.

Эти задачи решаются с помощью вышеупомянутого способа тем, что в соответствии с изобретением характеристики изменения, по меньшей мере, двух фаз трехфазной сети измеряются как функция фазового угла в заданном диапазоне фазового угла, из характеристики изменения обеих фаз как функции фазового угла определяется характеристический параметр, полученный характеристический параметр сравнивается с соответствующим теоретическим параметром, и при отклонении параметра, определенного из измеренных значений фаз, на заранее заданное значение от теоретического параметра активируется гасительное устройство.

В качестве альтернативы или дополнительно, вышеуказанные задачи решаются с помощью вышеуказанного способа тем, что в соответствии с изобретением определяется выходной постоянный ток электродвигателя как функция времени, формируется вторая производная выходного постоянного тока по времени, и в случае, если вторая производная в диапазоне между двумя последовательными моментами времени включения тиристора по управляющему электроду принимает значение, большее или равное нулю, то активируется гасительное устройство.

Таким способом можно только путем определения измеренных величин (выходного постоянного тока, сетевого напряжения), которые и без того необходимы для нормального функционирования вентильного преобразователя, вывести критерии, с помощью которых осуществляется активирование гасительного устройства. Определение этих критериев реализуется, таким образом, относительно просто и экономично и приводит к надежному управлению гасительным устройством.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения и поясняются ниже более подробно со ссылками на чертежи.

Изобретение поясняется ниже более подробно со ссылками на чертежи, на которых представлено следующее:

Фиг.1 - блок-схема мостовой схемы вентильного преобразователя, управляемого схемой управления, для питания электродвигателя постоянного тока вместе с гасительным устройством с соответствующим блоком управления,

Фиг.2а и 2b - схематичное представление характеристик изменения сетевого напряжения во взаимосвязи с первым вариантом осуществления изобретения,

Фиг.3 - характеристика изменения тока для другой, альтернативной или дополнительной формы выполнения изобретения.

Для более глубокого понимания изобретения, сначала на фиг.1 показывается мостовая схема вентильного преобразователя, управляемая схемой управления, для питания электродвигателя постоянного тока вместе с приведенным для примера гасительным устройством с соответствующим блоком управления. Подобное гасительное устройство особенно пригодно для использования в соответствии с изобретением, но в принципе в рамках изобретения могут применяться и другие гасительные устройства, которые отличаются от показанного гасительного устройства в деталях, которые здесь подробно не рассматриваются.

Как видно из фиг.1, три фазы U, V, W трехфазной сети через коммутирующие дроссели Lu, Lv, Lw подключены к стороне трехфазного тока мостовой схемы SRB вентильного преобразователя. При этом обычно в каждую фазу включен не показанный на чертеже сетевой предохранитель, например, как описано в патенте АТ 404 414 В со ссылкой на содержащуюся в нем фиг.2. Управляемые выпрямители V11, , V16 и V21, , V26 выполнены как тиристоры или сопоставимые с ними компоненты.

Для обеих мостовых схем предусмотрена схема AST управления, которая обеспечивает синхронизированное с сетью включение тиристоров по цепи управления. За счет сдвига моментов времени включения может известным способом осуществляться регулирование числа оборотов или момента. На схему AST управления подаются три фазовых напряжения сети и напряжение на клеммах электродвигателя, а также через два трансформатора W_u, W_w тока фазовые токи, чтобы обеспечить соответствующую информацию для регулирования и для управления мостовой схемой вентильного преобразователя.

Оба вывода 1C1, 1D1 постоянного тока мостовой схемы SRB связаны с электродвигателем МОТ постоянного тока, который в генераторном режиме возвращает энергию в сеть через мостовую схему, состоящую из выпрямителей V11, , V16. Следует отметить, что в связи с изобретением интерес представляет только генераторный режим (возвращение энергии в сеть). И другая мостовая схема из выпрямителей V21, , V26 также может работать с возвратом энергии в сеть, но ЭДС электродвигателя прилагается в противоположном направлении (требует противоположного направления вращения). Для простоты здесь рассматривается только случай, когда в режиме рекуперации работает мостовая схема, состоящая из выпрямителей V11, , V16. В рекуперирующей таким образом мостовой схеме не может возникнуть проблема, которая требует вмешательства в смысле гашения. Более конкретно, при разрыве сетевого соединения в рекуперирующей мостовой схеме происходит спадание тока. Для пояснения следует напомнить, что эквивалентная схема может быть представлена как последовательное соединение ЭДС электродвигателя, индуктивности L_anker якорных цепей и сопротивления R_anker якорных цепей. Выходной ток мостовой схемы SRB соответствует обозначенному на чертеже току I_anker электродвигателя.

Гасительное устройство LOV, выполненное и функционирующее в соответствии с изобретением, содержит для каждой половины мостовой схемы V11, V13, V15 или V14, V16, V12 (при противоположном направлении ЭДС для V21, V23, V25 или V24, V26, V22) гасящий конденсатор С1 или С2, каждый из которых заряжается с соответствующей полярностью, как описано ниже. Положительный полюс или отрицательный полюс конденсаторов С1 и С2 связан показанным образом через тиристоры V31, V32 и V34, V33 с выводами 1C1 и 1D1 постоянного напряжения мостовой схемы SRB вентильного преобразователя, в данном случае через коммутирующие дроссели L1, L2. Отрицательный полюс С1 или положительный полюс С2 через тиристор V39 и три диода V41, V43, V45 или через тиристор V40 и три диода V44, V46, V42 соединен с выводами 1U1, 1V1, 1W1 переменного тока мостовой схемы SRB вентильного преобразователя. Показанные в соединениях дроссели L_SU, L_SV, L_SW ограничивают нарастание тока, при этом могут использоваться катушки без ферромагнитного сердечника или паразитные индуктивности проводников.

Показанное гасительное устройство также содержит защитный конденсатор С3, параллельно которому включен ограничитель SBG напряжения. Отрицательный полюс защитного конденсатора С3 через тиристоры V35, V36 и положительный полюс через тиристоры V38, V37 соединены с выводами 1C1, 1D1 постоянного напряжения мостовой схемы SRB. Следует отметить, что, в противоположность гасящим конденсаторам C1, C2, защитный конденсатор C3 всегда нагружен напряжением одной и той же полярности, и тиристоры V35, , V38 также могут быть заменены диодами, если сумма напряжений заряда С1 и С2 меньше, чем напряжение смещения С3.

Сторона постоянного напряжения включенных в мостовую схему диодов V41, , V46 через диоды V47 или V48 соединена с входом ограничителя SBG напряжения и с защитным конденсатором С3. Они обеспечивают, в ходе процесса гашения, спадание тока в коммутирующих дросселях, с одной стороны, и в нормальном режиме работы мостовых схем вентильного преобразователя (в режиме электродвигателя и в генераторном режиме) прием переходных перенапряжений из сети и обусловленных коммутацией выбросов напряжения от самого вентильного преобразователя.

Ниже сначала будет рассмотрен процесс гашения (для указанной на чертеже полярности ЭДС электродвигателя), причем предполагается, что конденсаторы С1, С2 заряжены, как показано на чертеже. Их заряд поясняется ниже.

При включении гасящих тиристоров V31, V33 и V39, V40 посредством блока ALE управления токи от верхней половины мостовой схемы V11, V13, V15 коммутируются в конденсатор C1, а от нижней половины мостовой схемы V14, V16, V12 - в конденсатор C2, за счет чего все токи в рекуперирующем вентильном преобразователе V11, , V16 немедленно гасятся. Одновременно с отдачей гасящего импульса (управляющего импульса для гасящих тиристоров) происходит также запирание управляющих импульсов для мостовой схемы SRB.

Напряжения на конденсаторах C1, C2 колеблются за счет тока электродвигателя, пока он через незадолго перед этим включенные тиристоры V35 и V37 не будет коммутирован в конденсатор С3, подсоединенный к ограничителю SBG напряжения. Если напряжение на C3 еще не достигло уровня ограничения ограничителя SGB, он будет заряжаться до этого уровня током электродвигателя. Следует отметить, что через тиристоры V32, V34, V36 и V38 токи протекают только при противоположном направлении ЭДС электродвигателя.

Ниже ограничитель SBG напряжения и его функционирование будут описаны более подробно, при этом должно предполагаться, что напряжение электродвигателя (напряжение на выводах электродвигателя или прибора) за счет процесса гашения кратковременно, примерно на 1 мс, изменяет свою полярность. Если первоначальное напряжение электродвигателя вновь достигнуто, то ток электродвигателя по отношению к его начальному значению к моменту времени гашения слегка нарастает. Ток в индуктивности якорных цепей электродвигателя только за счет более высокого напряжения снижается до нуля, и это напряжение должно регулироваться ограничителем SBG напряжения в смысле ограничения до максимального значения.

Ограничение осуществляется известным способом путем управляемого подключения балластных сопротивлений к входным выводам ограничителя SBG и, тем самым, к защитному конденсатору. Балластные сопротивления, в зависимости от уровня напряжения, подключаются с различным тактом, причем электрическая энергия преобразуется в тепловую энергию. По существу имеет место, например, двухпозиционный регулятор с примерно 10%-ным гистерезисом, который подключает и отключает балластные сопротивления. Чтобы обеспечить более высокое суммарное напряжение гашения, ограничитель SBG напряжения может подключаться только во время перехода напряжения на конденсаторах С1, С2 через тиристоры V35, , V38. Здесь также могут применяться четыре диода, но так как они необходимым образом образуют с С3 мостовой выпрямитель, упомянутое суммарное напряжение гашения в начале выпрямления превысило бы значение мгновенного напряжения конденсатора С3 и обусловило бы значительный (неограниченный/вызывающий повреждения) токовый выброс. Поэтому используются четыре тиристора, которые включаются примерно к моменту времени перехода через нуль напряжений на конденсаторах С1 и С2. Тогда указанной опасности не существует, поскольку имеет место заданный (квазипостоянный) ток электродвигателя, который, как описано выше, коммутируется в ограничитель. Конденсатор С3, обозначенный как защитный конденсатор, при применении другого ограничителя SBG мог бы отсутствовать, при этом речь может идти о применении зависящих от напряжения сопротивлений или стабилитронов.

Ограничитель SBG напряжения, однако, постоянно через упомянутые диоды V47, V48 подключен к диодной мостовой схеме V41, , V46. Это обеспечивает возможность ограничения также всех обусловленных сетью перенапряжений. Например, значительные перенапряжения могли бы возникать при отключении ранее включенных трансформаторов под нагрузкой. Это будет рассмотрено ниже более подробно.

Чтобы избежать продолжительной мощности потерь на сопротивлениях ограничителя SBG напряжения, он может содержать дополнительный выключатель с несколько более низким порогом напряжения, при котором тактируемые (отключаемые) сопротивления или сопротивление имеют или имеет существенно более высокое значение сопротивления, чем указанные значения ограничителя напряжения.

Следует отметить, что, например, в практической форме выполнения отключаемое сопротивление имеет эффективное значение 250 мОм. Реализация осуществляется параллельно посредством четырех IGBT-выключателей и четырех сопротивлений со значением по 1 Ом. Через каждое сопротивление протекает в случае ограничения ток 900 А.

Оба гасящих конденсатора С1, С2 должны заряжаться до части - в типовом случае от 0,5 до 0,9 - пикового значения сопряженного сетевого напряжения. Оба конденсатора С1 и С2 после процесса гашения заряжены противоположно. За счет описанной далее схемы происходит, строго говоря, сначала разряд до нуля и только после этого заряд. Для принципа настоящего изобретения безразлично, каким образом осуществляется заряд обоих конденсаторов, однако, далее описывается практически опробованная возможность реализации схемы заряда, интегрированной в общую схему гасительного устройства. Она имеет для каждого конденсатора С1 или С2 два сопротивления R1, R2 или R3, R4, которые связаны с положительным полюсом - R1, R3 - или с отрицательным полюсом - R2, R4 - мостовой схемы V41, , V46. Выключатели S1, S2 для C1 и S3, S4 для C2, которые включены последовательно с сопротивлениями R1, R2 и R3, R4 заряда, управляются двухпозиционным регулятором, не показанным на чертеже. Заряд, таким образом, возможен, только если тиристоры гашения выключены. Кроме того, в этой схеме можно избежать двойной нагрузки напряжением тиристоров V31 и V33 или V32 и V34.

В случае гашения, непосредственно после включения тиристоров гашения, во время смены знака напряжений на гасящих конденсаторах С1 и С2, последние должны быть отсоединены от схемы заряда посредством вышеупомянутых полупроводниковых выключателей S1, , S4, чтобы воспрепятствовать тому, что тиристоры гашения после успешного спада тока за счет тока заряда оставались бы в проводящем состоянии. Тем самым не смог бы происходить последующий процесс заряда, что привело бы к перегрузке сопротивлений R1, , R4 заряда. Как только конденсаторы С1 и С2 вновь в достаточной степени заряжены, может происходить новый процесс гашения, при этом частота повторения процессов гашения или число процессов гашения в пределах определенного интервала времени определяется проектированием схемы, в частности, сопротивлений заряда и ограничителя напряжения.

Управление всей схемой может осуществляться посредством аналоговой схемы с микропроцессорной поддержкой для взаимодействия с вентильным преобразователем. Далее более подробно рассмотрен соответствующий изобретению способ для блока управления, предназначенного для тиристорного гасительного устройства. Управление тиристорным гасительным устройством осуществляется при этом с помощью измеренных напряжений и токов и/или временных интервалов, которые определяются, например, посредством соответствующего программного обеспечения.

В первом варианте способа, соответствующего изобретению, измеряются характеристики изменения, по меньшей мере, двух фаз, далее двух фаз U, V трехфазной сети как функции фазового угла в заданном диапазоне фазового угла . В соответствии с изобретением из характеристики изменения этих двух фаз U, V как функции фазового угла определяется характеристический параметр, причем полученный характеристический параметр А_gem сравнивается с соответствующим теоретическим параметром А_the; определение теоретического параметра дополнительно описано ниже.

При отклонении характеристического параметра А_gem, определенного из измеренных значений фаз U, V, от теоретического параметра на заданное значение активируется гасительное устройство LОV. Математически это условие можно записать следующим образом:

А_gem < k · А_the.

Это означает, что гасительное устройство активируется тогда, когда измеренный характеристический параметр А_gem на определенную величину меньше, чем теоретический параметр А_the.

Более конкретно, данная ситуация представлена на фиг.2а и 2b. На фиг.2а показаны теоретические характеристики изменения фаз U, V, W (сетевая синусоида), изображенная жирной линией (с незначительным смещением) получающаяся отсюда теоретическая идеальная характеристика изменения напряжения на выходе вентильного преобразователя, которая получалась бы при надлежащей коммутации. Кроме того, обозначена мгновенная ЭДС (ЕМК) электродвигателя.

Эта коммутация на следующую фазу, то есть с фазы U на фазу V, должна произойти в момент t _z времени включения тиристора по управляющему электроду. В показанном на фиг.2b примере это не происходит, так как сетевое напряжение в фазе U проявляет значительный разрыв (штриховая линия), так что хотя происходит переход на новый вентиль (фаза V), и теперь ток протекает через эту фазу V, однако, прежний вентиль (фаза U) не погашен, и через эту фазу по-прежнему протекает ток. По этой причине возникает аномальная (изображенная жирной линией) характеристика изменения напряжения на выходе вентильного преобразователя, которая может обусловить соответствующие отрицательные эффекты.

К моменту t_x времени ток не может полностью коммутироваться в фазу V и продолжает протекать в фазе U, так как площадь A_gem, определяемая запирающим напряжением во времени, слишком мала.

С помощью данного первого варианта осуществления изобретения такой некорректный режим может быть своевременно распознан и может быть активировано гасительное устройство LOV. Более конкретно, согласно данному варианту в качестве характеристического параметра определяется площадь A_gem, A_the, которая ограничена характеристиками изменения фаз U, V, причем вычисляется площадь между заданным нижним фазовым углом _min и заданным верхним фазовым углом _max.

Характеристические параметры получаются в соответствии с выражением:

.

Типовые имеющие смысл значения получаются, когда нижняя граница фазового угла _min соответствует фазовому углу _z включения тиристора или моменту t_z времени включения для управляющего импульса для коммутации первой фазы U на вторую фазу V.

Интегрирование производится целесообразно только в той области, где справедливо соотношение V > U.

Коммутация не происходит, так как площадь A_gem, определяемая запирающим напряжением во времени, слишком мала, так как коммутирующая пара тиристоров требует минимальной площади A_gem, определяемой запирающим напряжением во времени, чтобы носители заряда были удалены в тиристорах, и тиристоры могли находиться в запертом состоянии. Если этой минимальной площади не имеется, то переход с одной пары тиристоров на следующую («коммутация») не состоится. Прежняя пара тиристоров остается в состоянии проводимости. Но так как в этой паре направление сетевого напряжения нулевое и затем переходит в положительную область, то ток в этой цепи будет быстро нарастать, приводя к срабатыванию предохранителя. Гасительное устройство при своевременной активизации направляет этот интенсивно увеличивающийся ток сначала на гасящий конденсатор и затем доводит его до нуля.

Верхний предел _max соответствует по существу значению фазового угла, при котором первая фаза U и вторая фаза V имеют одно и то же значение напряжения.

При значении фазового угла _z включения тиристора, равном 150°, площадь A_gem или A_the запирающего напряжения заканчивается при значении 30° после угла включения тиристора. Но в общем случае, то есть для любого угла включения тиристора, может быть принято, что для интегрирования достаточен верхний предел для фазового угла, равный максимально 30° после угла _z включения тиристора. Если к этому моменту времени еще не имеет места площадь, достаточная в сравнении с теоретической площадью запирающего напряжения, то коммутация в любом случае не произошла надлежащим образом, и активируется гасительное устройство, чтобы предотвратить нарастание тока перегрузки.

Как уже упомянуто, гасительное устройство LOV активируется, если измеренная площадь A_gem на определенную величину меньше, чем теоретическая площадь A_the. На практике оказалось удобным для вышеуказанного коэффициента k выбрать значение 0,5. С учетом такой взаимосвязи можно надежным образом предотвратить нарастание тока перегрузки.

Наконец, следует еще упомянуть, что для расчета теоретической площади A_the для характеристик изменения фаз U, V принимается косинусная или синусная характеристика для зависимости фазового угла.

Для вычисления теоретической площади A_the применяются характеристики изменения двух следующих друг за другом фаз, но каждые 3,3 мс (=1/6 сетевого периода) применяются две другие фазы, то есть сначала U и V, потом V и W и затем W и U и т.д.

Второй вариант осуществления заявленного способа активации гасительного устройства предусматривает, что выходной постоянный ток i_A электродвигателя (выше в описании также был обозначен как I_motor) определяется как функция времени, и для случая, когда вторая производная в области между двумя последовательными моментами времени включения тиристоров t_z1, t_z2; t_z2, t _z3; t_z3 принимает значение большее или равное нулю, то гасительное устройство LOV активируется.

На фиг.3 показана примерная характеристика изменения выходного постоянного тока i_A электродвигателя как функция времени t или фазы . Между моментами времени включения тиристоров t_z1 и t_z2 или t_z2 и t_z3 характеристика i_A проявляет типовую характеристику изменения, и только в моменты времени включения t_zi при i=1,2,3 характеристика резко изменяется; но это в общем случае является нормальным, так как к этому моменту времени включается новая пара тиристоров. К этому моменту времени гасительное устройство не активируется.

Если, однако, характеристика изменения тока проявляет нетипичный характер, как это имеет место к моменту времени t _u - к этому моменту времени характеристика i_A изменяется как функция времени резко, хотя этот момент времени t_u находится после момента времени включения тиристора t_z3, но перед следующим моментом времени включения тиристора, - то в таком случае имеет место ненадлежащее состояние вентильного преобразователя, так как здесь не включается новая пара тиристоров. Поэтому в этот момент времени активируется гасительное устройство LOV.

Для каждой вершины характеристики изменения тока должно, таким образом, выполняться соотношение d²i_A/dt² < 0. Если это не имеет места, то следует исходить из того, что вследствие прерывания сетевого напряжения за короткое время формируется ток перегрузки, и гасительное устройство может активироваться уже до достижения тока перегрузки.

Вариант 1 и вариант 2 пригодны в отдельности для управления гасительным устройством, но предпочтительным является одновременное применение обоих вариантов. Оба варианта пригодны для того, чтобы активировать гасительное устройство перед достижением тока перегрузки.

Вариант 1 пригоден, в частности, для распознавания нарастания тока перегрузки к моменту времени в окрестности момента времени включения тиристора, в то время как вариант 2 пригоден прежде всего для применения в области между двумя моментами времени включения тиристоров.

При этом в случае варианта 2 - независимо от того, применяется ли он совместно с вариантом 1 или независимо от варианта 1 - выходной постоянный ток i_A электродвигателя может измеряться непосредственно на стороне электродвигателя, или, что во многих случаях реализуется более просто и дает сопоставимо хорошие результаты, выходной постоянный ток i_A электродвигателя выводится из, по меньшей мере, двух сетевых токов.

Посредством варианта 1 и/или 2, как уже указано, гасительное устройство активируется уже перед тем, как может возникнуть ток перегрузки. За счет этого все рабочие компоненты, такие как двигатели, предохранители, тиристоры, контакторы и т.д., могут защищаться наиболее оптимальным образом.

В смысле бесперебойного режима работы в любом случае необходимо, чтобы не происходило никакое ложное срабатывание, чтобы гасительное устройство не активировалось без необходимости. Если варианты 1 и/или 2 реализованы таким образом, что они активируют гасительное устройство только в том случае, когда коммутация надежным образом невозможна - например, из-за соответствующего выбора параметра k в первом варианте, - то дополнительно является предпочтительным, чтобы имелась дополнительная защита предохранителями, на случай, если произойдет отказ коммутации.

Для этого предусмотрено, что выходной постоянный ток i_A электродвигателя определяется, и гасительное устройство активируется при превышении заданного порогового значения i_As контролируемого выходного постоянного тока.

Типовое значение для этого порогового значения составляет от двукратного до трехкратного значения номинального тока мостовой схемы SRB вентильного преобразователя (см. фиг.3).

В заключение приводится еще несколько примеров рабочих состояний (неисправностей), которые преодолеваются соответствующим изобретению гасительным устройством.

При ударах молнии в установках высокого и среднего напряжения происходит поджиг защитных искровых промежутков или газоразрядных элементов защиты от перенапряжения. Они горят до следующего перехода тока через нуль. Тем самым возникает низкоомный разрыв соединения с сетью длительностью от 3 до 20 мс. Но также может иметь место более длительное пропадание сетевого напряжения, при котором один или более трансформаторов или иных потребителей сети низкоомным образом удерживаются на нуле.

При коротком замыкании на параллельную токовую цепь в той же сети сначала возникает прорыв сетевого напряжения. Затем перегорает соответствующий предохранитель и изолирует неисправную токовую цепь от сети. Таким образом, затем следует короткий импульс перенапряжения, причем длительность и уровень прорыва зависят от сетевого импеданса и тока повреждения.

Другие возможности для низкоомных прорывов сетевого напряжения создаются короткими замыканиями разного рода в питающей сети.

В названных примерах, которые относятся к низкоомным прорывам сетевого напряжения, и при одновременной рекуперации через вентильный преобразователь в ту же самую сеть ток электродвигателя немедленно возрастает в соответствии с ЭДС и индуктивностью якорных цепей плюс сетевой импеданс, пока блок управления не потребует отключения посредством гасительного устройства. В среднем время отключения, то есть время спадания до нуля тока электромотора, составляет примерно 5 мс. Возможные выбросы перенапряжения при восстановлении сетевого напряжения ограничиваются, как описано выше.

При отключении главного контактора непосредственно перед вентильным преобразователем коммутирующие индуктивности и индуктивности якорных цепей должны иметь возможность разряда. Это достигается за счет всегда используемых средств ограничения сетевого напряжения, как описано выше. При этом не возникает режим опрокидывания инвертора без подобной защиты от перенапряжения, но, в крайнем случае, возникает поперечное поджигание. Спадание энергии осуществляется, главным образом, в главном контакторе, чего, однако, следует избегать уже из-за возможного износа контактов.

При отключении питающего трансформатора, например, на уровне среднего напряжения, из-за высокого внутреннего сопротивления сети не возникает значительного повышения тока (при опрокидывании инвертора). Определенные тиристоры в вентильном преобразователе, однако, не гасятся, следствием чего является поперечное поджигание. Это условие сразу же своевременно распознается, и гасительное устройство вызывает отключение тока. Возможные перенапряжения из-за размагничивания упомянутого трансформатора вновь ограничиваются гасительным устройством (диодным мостом V41, , V46 через V47, V48 на конденсатор C3, параллельный ограничителю напряжения).