Способ защиты реверсивного тиристорного преобразователя и устройство для его осуществления

(51) 02 7/12 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Техническим результатом данного изобретения является исключение простоев технологического процесса добычи угля, повышение наджности и ремонтопригодности электропривода постоянного тока. На входе системы питания привода постоянного тока устанавливается устройство (модуль) защиты,который постоянно контролирует величину входного напряжения. При снижении напряжения до определнного уровня,определяемого настройкой модуля, на вход срыва (блокировки) управляющих импульсов тиристорного преобразователя податся соответствующая команда и за счт подпитки системы, на время переходного процесса возникающего при внезапном отключении сети, от асинхронного двигателя и быстродействия модуля, происходит управляемая коммутация тиристоров преобразователя работающего в режиме инвертора ведомого сетью. Быстродействие модуля (менее 1 мсек.) достигается применением трхфазного датчика напряжения в сочетании с компаратором и оптотиристорным каналом гальванического разделения сигналов.(76) Барыкин Владимир Иванович Вохмянин Андрей Сергеевич(54) СПОСОБ ЗАЩИТЫ РЕВЕРСИВНОГО ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к системам защиты тиристорных преобразователей от аварийных токов и может быть использовано в области силовой полупроводниковой техники и тиристорного реверсивного привода угледобывающих комбайнов. Отличительной особенностью этого способа защиты является использование асинхронного двигателя, в режиме свободного выбега, в качестве генератора переменного тока для питания тиристорного преобразователя в переходном режиме. 15874 Изобретение относится к системам защиты тиристорных преобразователей от аварийных токов и может быть использовано в области силовой полупроводниковой техники и тиристорного реверсивного привода угледобывающих комбайнов. Для защиты преобразователей от аварийных токов известны различные способы, суть которых в конечном итоге сводится к прерыванию и ограничению аварийного тока в цепи питающая сеть-тиристорный преобразователь-двигатель. В общем случае защита полупроводниковых преобразователей осуществляется при помощи быстродействующих предохранителей и автоматических выключателей в сочетании с рядом устройств (токоограничивающие реакторы и т.п.). Все эти способы подробно рассмотрены в соответствующей литературе (Справочник по преобразовательной технике. Под редакцией чл. кор АН УССР И. М. Чиженко. Киев, ТЕХНИКА,1978). Известна также типовая схема питания двигателей подачи угледобывающего комбайна 500 фирмы, АЙКХОФФ Германия состоящая из трансформатора питания 1140/500 в, автомата защиты 500 в, токоограничивающих реакторов,предохранителей защиты по переменному току,тиристорных реверсивных преобразователей типа Евротерм,предохранителей защиты по постоянному току и двигателей подачи постоянного тока независимого возбуждения. Общим недостатком этих способов и устройств защиты является то, что они допускают возникновение аварийного тока и только на следующем этапе в работу вступают системы защиты. Если для преобразователей в общепромышленном применении для устранения последствий протекания аварийного тока (взвод автоматических выключателей. замена предохранителей и т.д.) требуется относительно небольшое время,то для тиристорного преобразователя встроенного во взрывобезопасную оболочку угледобывающего комбайна аналогичная операция приводит к длительным перерывам технологического процесса с определенными материальными потерями. Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является УСТРОЙСТВО БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕЙ ЗАЩИТЫ РЕВЕРСИВНОГО ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ, которое содержит блок управления токовой защиты,датчик тока направления вперед, датчик тока направления назад,блок принудительного срыва управляющих импульсов,систему импульсно-фазового управления вентильными группами,блок коммутации аварийного тока с коммутирующими тиристорами, тиристорные группы преобразователя вперед и назад,бесконтактные ключи синхронизации запуска коммутирующих тиристоров блок управления исполнительными элементами системы защиты РТП, компаратор, блок срыва управляющих импульсов, разделительные диоды,2 нагрузку преобразователя,коммутирующую емкость (а. с. СССР 681500, кл. Н 02 Н 7/12, 1971). На фиг. 3 представлена схема Устройство быстродействующей защиты реверсивного тиристорного преобразователя (а.с. СССР 681500, кл. Н 02 Н 7/12, 1971), в котором используется принудительное гашение аварийного тока за счет подключения с помощью коммутирующих тиристоров предварительно заряженного конденсатора. Работа схемы этого устройства происходит следующим образом блок 32 управления преобразует плавно изменяющийся сигнал от датчиков тока 34 и 40 в дискретный и выдает команду на срабатывание соответствующих исполнительных элементов на блок 38 для срыва управляющих импульсов, если он происходит в этот момент, на систему 33 или 42 для блокирования следующих управляющих импульсов, на запуск одного из коммутирующих тиристоров 31, 43 блока 28 для подключения коммутирующей емкости 30 к работающей в этот момент группе преобразователя 27 или 44, причем будет подключен только тот тиристор, на включение которого дано разрешение от датчиков 34 или 40 тока через ключи 36 или 41 синхронизации запуска. При возникновении аварийного режима в тиристорном преобразователе один из датчиков тока 34 или 40 выдает сигнал на блок 32 и один из ключей 36 или 41. В блоке защиты 32 этот сигнал сравнивается с величиной опорного напряжения,определяющей уставку защиты. При равенстве этих напряжений блок 32 выдает гальванически разделенные сигналы на срабатывание исполнительных элементов. В блоке 28 через один из ключей 36 или 41 включается один из коммутирующих тиристоров 31,43, при этом коммутирующая емкость 30 подключается через этот тиристор в один из разделительных диодов 29 только к работающей в этот момент группе и гасит проходящий по ней ток. К недостаткам этого устройства следует отнести необходимость встраивания в схему питания двигателей подачи (фиг. 1) дополнительных элементов (фиг. 3) силовых диодов и тиристоров 29,31, 43, коммутирующего конденсатора 30 (силовой) с источником подзаряда (на схеме не показан) датчиков тока 34, 40 и модуля управления защиты 32, что с учетом ограниченных габаритов угледобывающего комбайна не всегда приемлемо. Надежность работы этого устройства во многом зависит от стабильности параметров и качества коммутирующего конденсатора, что необходимо контролировать в процессе эксплуатации. Кроме того, данное устройство имеет общий недостаток, присущий существующим способам защиты оно включается в работу только при возникновении аварии и требует применения дополнительного блока коммутации аварийного тока. Задачей данного изобретения является создание способа и устройства защиты, предотвращающего возникновение аварийного режима в системе питания электропривода постоянного тока. 15874 Технический результат данного изобретения исключение простоев технологического процесса добычи угля,повышение надежности и ремонтопригодности электропривода постоянного тока за счет снижения динамических ударов в узлах механической передачи. Поставленная задача решается тем, что предлагается использовать способ защиты реверсивного тиристорного преобразователя и устройство для его осуществления, включающий в себя контроль режима работы преобразователя и защиту от сверхтоков за счет срыва управляющих импульсов, новым является то, что остаточная электроэнергия асинхронного двигателя воздействует на систему питания двигателей подачи постоянного тока путем установки устройства быстродействующей защиты на входе системы, а устройство для его осуществления выполнено в виде модуля, состоящего из трехфазного датчика напряжения, реле времени, усилителя-компаратора сигнала и выходного опто-тиристорного блока срыва управляющих импульсов соединенного с общим проводом системы импульсно - фазового управления. Технической сущностью предлагаемого изобретения является использование остаточной эл. энергии асинхронного двигателя (в режиме свободного выбега) в качестве источника питания реверсивного тиристорного преобразователя во время его работы в качестве инвертора, ведомого сетью с целью предотвращения аварийной ситуации, возникающей в инверторе при внезапном отключении питающей сети, т.е. предлагается использовать имеющиеся (штатные) асинхронные машины таким образом, чтобы они были связаны с реверсивным тиристорным преобразователем гальванически или индуктивно. На фиг. 1 представлен фрагмент схемы питания двигателей подачи постоянного тока очистного комбайна с подключенным модулем защиты, на фиг. 2 блок-схема устройства(модуля) быстродействующей защиты. Система питания двигателей подачи (фиг. 1) состоит из разъединителя 1, встроенного модуля защиты 2, трансформатора питания подачи 3,обмотки питания подачи 4, контактора двигателя резания 5, контактора двигателя гидравлики 6,автоматического выключателя защиты подачи 7,двигателя резания 8, двигателя гидравлики 9,токоограничивающих реакторов левого двигателя подачи 10, предохранителей защиты левого двигателя по переменному току 11,токоограничивающих реакторов правого двигателя подачи 12, предохранителей защиты правого двигателя по переменному току 13, реверсивного тиристорного преобразователя левого двигателя подачи 14,реверсивного тиристорного преобразователя правого двигателя подачи 15,предохранителя защиты левого двигателя подачи по постоянному току 16, предохранителя защиты правого двигателя подачи по постоянному току 17,левого двигателя подачи 18, правого двигателя подачи 19. Устройство(модуль) защиты (см. фиг. 2) состоит из трансформатора (датчика) напряжения 20,трехфазного моста на диодах 21, регулируемого входного делителя напряжения 22, реле времени 23 усилителя - компаратора сигнала 24, оптотиристорного канала 25 и выходного блока срыва управляющих импульсов 26. Работа системы питания двигателей подачи происходит следующим образом при движении комбайна по восстанию угольного пласта,реверсивные тиристорные преобразователи 14 и 15 работают в режиме выпрямителя и соответственно двигатели подачи 18 и 19 в двигательном режиме. В это время комбайн работает по отбойке и погрузке угля на конвейер. При движении комбайна по падению пласта производится зачистка угольного забоя, тиристорные преобразователи 14 и 15 работают в режиме инвертора, ведомого сетью, а двигатели подачи 18 и 19 - как генераторы постоянного тока с отдачей энергии в сеть (через обмотку 4 и трансформатор 3), т.е. привод в целом работает в режиме рекуперативного торможения. Специфика работы преобразователей 14 и 15 в таких комбайнах имеет ряд особенностей,связанных с внезапным отключением питающей сети. В 80 процентах подобных отключений - это срабатывание защиты газового контроля метана и 20 -другие причины. При движении комбайна вверх (по восстанию) преобразователи 14 и 15 работают в режиме выпрямителя, а двигатели 18 и 19 в двигательном режиме, поэтому внезапное отключение питающей сети не вызывает аварийного тока в системе подачи,за счет естественной коммутации тиристоров. Если внезапное отключение сети произошло при движении комбайна по падению, т.е. когда преобразователи 14 и 15 работали в режиме инвертора ведомого сетью, то в этот момент, в цепи- обмотка питания подачи 4 трансформатора 3,автоматический выключатель 7, реакторы 10, 12 предохранители 11, 13, 16, 17, тиристорные преобразователи 14 и 15 и двигатели подачи 18 и 19,возникает аварийный ток, что приводит к срабатыванию выключателя 7 и выходу из строя предохранителей 11, 13, 16, 17. В дальнейшем,после 15-20 таких отключений, выходят из строя преобразователи 14 и 15. При прохождении аварийного (ударного) тока через двигатель подачи на валу возникает ударный вращающий момент, значительно (10-кратно) превышающий номинальный, что отрицательно влияет на систему механической передачи. При исследовании переходных процессов,возникающих в системе питания двигателей подачи 18 и 19 при внезапном отключении питающего напряжения, было установлено, что на обмотке 4 трансформатора 3, в течении 150-300 мсек. имеется переменное напряжение за счет того, что двигатели резания и гидравлики 8 и 9, после отключения питания, продолжая вращение в режиме свободного выбега, работают как асинхронные генераторы и если в этот момент (150-300 мсек) на вход блокировки (срыва) управляющих импульсов 3 15874 тиристорных преобразователей 14 и 15 подать через модуль 2, соответствующую команду, то произойдет нормальное (управляемое) запирание тиристоров преобразователей 14 и 15, без возникновения аварийного тока в вышеуказанной цепи. Работа модуля 2 происходит следующим образом от входа системы питания подачи на модуль постоянно поступает информация о величине входного напряжения (см. фиг. 1) через трансформатор 20 (см. фиг. 2) и далее, через делитель напряжения 22, на вход усилителя компаратора 24. При снижении напряжения на входе системы питания подачи до уровня 75-60 номинального, компаратор, через опто-тиристор 25,подает команду на блок срыва управляющих импульсов 26. Эта команда поступает на соответствующие входы тиристорных преобразователей (см. фиг. 1). Таким образом,снижение входного напряжения до уровня 75-60 от номинального, модуль защиты воспринимает как внезапное отключение питающего напряжения. Для исключения ложных срабатываний модуля при пуске двигателя резания (Р 350 квт.) имеется реле времени 23, которое шунтирует блок срыва управляющих импульсов 26, на время пуска этого двигателя. Ввод в работу реле времени осуществляется по команде от контактора 5 (см. фиг. 1). Применение трехфазного трансформатора(датчика напряжения) и соответственно диодного моста (см. фиг. 2) необходимо для получения на входе компаратора сигнала, о величине напряжения питания системы подачи с частотой пульсации 300 гц., что максимально приближает форму сигнала к прямолинейной, без применения конденсатора фильтра на выходе диодного моста (любая емкость в этой цепи дает задержку по времени). Быстродействие модуля защиты в таком варианте исполнения составляет 500-750 мк.сек, т.е. менее 1 мсек., что при наличии в системе питания привода постоянного тока, асинхронного двигателя, 4 связанного с системой индуктивно или гальванически, является необходимым условием работоспособности предлагаемого способа защиты реверсивного тиристорного преобразователя. В качестве конкретного примера реализации этого изобретения на фиг. 1 представлена схема питания двигателей подачи очистного комбайна 500 фирмы Айкхофф Германия, который эксплуатируется на шахте саранская УД. АО ИСПАТ-КАРМЕТ. Использование данного изобретения позволит в значительной степени снизить простои оборудования и затраты на его ремонт. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ защиты реверсивного тиристорного преобразователя, включающий в себя контроль режима работы преобразователя и защиту от сверхтоков за счет срыва управляющих импульсов,отличающийся тем, что для управляемой коммутации тиристоров преобразователя в аварийном режиме используют остаточную электрическую энергию асинхронного двигателя,связанного с системой питания преобразователя,гальванически или индуктивно. 2. Устройство для защиты реверсивного тиристорного преобразователя, выполненное в виде модуля,содержащего трехфазный датчик напряжения, реле времени, усилитель-компаратор сигнала и выходной опто-тиристорного блок срыва управляющих импульсов, соединенный с общим проводом системы импульсно-фазового управления,отличающееся тем, что в качестве датчика напряжения использован трехфазный трансформатор с мостовой схемой выпрямления тока, при этом выходной канал блока срыва управляющих импульсов выполнен в виде оптотиристорного усилителя сигнала с общим быстродействием 10,2 мс.