УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ РАБОТЫ ОБРАТИМОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ В ЭНЕРГОУСТАНОВКЕ С ИСТОЧНИКАМИ ПЕРЕМЕННОГО И ПОСТОЯННОГО ТОКА
CONTROL DEVICE FOR OPERATED REVERSIBLE VOLTAGE TRANSDUCER AT ELECTRIC POWER INSTALLATION WITH AC AND DC SOURCES

Изобретение относится к области электротехники, в частности, к устройствам контроля режимов работы обратимого преобразователя напряжения в энергоустановках, содержащих источники переменного и постоянного тока.
Известно устройство для диагностики и защиты реверсивного тиристорного преобразователя (патент RU 2183896, МПК Н02Н 7/12, 20.06.2002), содержащее датчики проводящего состояния тиристоров, блок совпадений, датчик сигналов разрешения выдачи импульсов управления на тиристоры, два интегратора, пороговые элементы, ключевые элементы, диоды, светодиод, оптроны, инвертор. Недостаток устройства заключается в том, что оно фиксирует неисправность только отдельных тиристоров, входящих в преобразователь, и не позволяет контролировать состояние преобразователя в целом, в частности, его переход из инверторного режима в режим управляемого выпрямителя и обратно.
Известны обратимые преобразователи напряжения (Курс лекций по преобразовательной технике. Глава 12, стр. 280-303. Южно Уральский государственный университет. Кафедра «Электропривод и автоматизация промышленных установок», сайт - http://epa.susu.ac.ru/328), содержащие трехфазные мостовые схемы на IGBT транзисторах со встречно-паралелльно включенными диодами и снабженные на стороне постоянного тока емкостью, а на стороне переменного тока - индуктивностями. Управление обратимым преобразователем осуществляется методом широтно-импульсной модуляции. Задание режима работы преобразователя (выпрямительный или инверторный) производится с помощью регулятора напряжения, воздействующего на распределитель импульсов, поступающих через драйверы на затворы IGBT транзисторов. Недостаток устройства также заключается в отсутствии информации, подтверждающей факт перехода преобразователя из одного режима в другой.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является реверсивный преобразователь напряжения для передачи электроэнергии между сетями переменного и постоянного тока (патент RU 2343615, МПК H02J 9/06, 10.01.2009), содержащий сети переменного и постоянного тока (аккумуляторную батарею) со своими потребителями, датчики напряжения и тока, три инвертора-выпрямителя с блоками драйверов, фильтры, трансформатор, микроконтроллер с оперативным запоминающим устройством с возможностью ручного управления с помощью панели индикации и управления, источник бесперебойного питания, блок защиты и шины обмена информацией. Недостатком устройства является наличие большого числа преобразователей, снижающих КПД системы и ее надежность, а также отсутствие контроля режимов входящих в устройство обратимых преобразователей, позволяющего своевременно выявлять и устранять возникающие неисправности.
Предлагаемое устройство основано на оценке величины и направления тока на стороне постоянного тока обратимого преобразователя напряжения и реализует простой и надежный способ контроля его работы.
На чертеже представлена функциональная схема устройства контроля работы обратимого преобразователя напряжения в энергоустановке с источниками переменного и постоянного тока.
Устройство содержит генератор 1 трехфазного напряжения и блок 2 аккумуляторных батарей, подключенные соответственно через первый контактор 3 и через трехфазный обратимый преобразователь 4 и второй контактор 5 к выходным клеммам 6 энергоустановки. Преобразователь 4 выполнен по трехфазной мостовой схеме на IGBT транзисторах 7, 8, 9, 10, 11, 12, зашунтированных обратными диодами 13, 14, 15, 16, 17, 18 и снабжен конденсатором 19 и датчиками 20, 21 напряжения и тока на стороне постоянного тока, реакторами 22, 23, 24 и датчиками 25, 26, 27, 28, 29, 30 линейных напряжений и токов на стороне переменного тока. К затворам IGBT транзисторов 7, 8, 9, 10, 11, 12 подключены драйверы 31, 32, 33, 34, 35, 36, входы (a1, a2, b1, b2, c1, с2) которых связаны с соответствующими выходами блока 37 управления преобразователем 4, к информационным входам которого подключены выходы всех датчиков 20, 21, 25, 26, 27, 28, 29, 30 напряжения и тока преобразователя 4, а к управляющему входу - выход задатчика 38 режима его работы. Устройство дополнительно снабжено двумя компараторами 39, 40, двумя ждущими мультивибраторами 41, 42, тремя элементами запрета 43, 44, 45, элементом 2И 46, элементом ИЛИ-НЕ 47 и тремя транзисторными ключами 48, 49, 50. В коллекторные цепи ключей 48, 49, 50 включены светодиоды 51, 52, 53 индикации состояния преобразователя 4. Выход датчика 21 подключен также к входам компараторов 39, 40, выходы которых непосредственно связаны с прямыми входами элементов запрета 43, 44, а через мультивибраторы 41, 42 - с их инверсными входами. Выходы элементов запрета 43, 44 соединены соответственно с прямым входом третьего элемента запрета 45 и с одним из входов элемента 2И 46, а к инверсному входу элемента запрета 45 и к другому входу элемента 2И 46 подключен выход задатчика 38. Выходы элемента запрета 45 и элемента 2И 46 непосредственно и через элемент ИЛИ-НЕ 47 соединены с входами ключей 48, 49, 50.
Устройство контроля работы обратимого преобразователя напряжения в энергоустановке с источниками переменного и постоянного тока работает следующим образом.
При включении энергоустановки и при наличии напряжения на выходе генератора 1 замыкается контактор 3 и напряжение генератора 1 поступает на выходные клеммы 6 энергоустановки. После чего замыкается контактор 5 и на сторону переменного тока преобразователя 4 подается трехфазное переменное напряжение. Одновременно с этим под действием низкого (нулевого) выходного потенциала задатчика 38 блок 37 переводит преобразователь 4 в режим управляемого выпрямителя. При этом с помощью ШИМ регулирования на стороне постоянного тока преобразователя 4 формируется оптимальная для использованного типа аккумуляторов вольт-амперная характеристика зарядного напряжения, обеспечивающего подзаряд блока 2. На выходе датчика 21 появляется напряжение отрицательной полярности, пропорциональное величине зарядного тока. При достижении этим напряжением некоторого начального значения срабатывает компаратор 39 и на его выходе появляется высокий (единичный) потенциал, запускающий мультивибратор 41, формирующий на своем выходе импульс временной задержки, превышающей длительность переходных процессов в цепях преобразователя 4 при его переключении из одного режима в другой. По окончании импульса задержки мультивибратора 41 и при сохранении высокого потенциала на выходе компаратора 39 и низкого на выходе задатчика 38 на выходах элементов запрета 43 и 45 последовательно появляются высокие потенциалы. Под действием выходного напряжения элемента запрета 45 открывается ключ 48 и зажигается светодиод 51, сигнализируя о том, что преобразователь 4 работает в режиме управляемого выпрямителя и осуществляет подзаряд блока 2 аккумуляторов.
При неисправности генератора 1 или его отключении (например, для проведения профилактических работ) размыкается контактор 3, а на выходе задатчика 38 устанавливается высокий потенциал, переводящий с помощью блока 37 преобразователь 4 в инверторный режим, при котором на его выходе методом ШИМ формируется синусоидальное трехфазное напряжение. В этом режиме меняется направление тока через датчик 21 и полярность его выходного напряжения. При достижении напряжением заданного начального значения срабатывает компаратор 40, запускающий мультивибратор 42, формирующий импульс временной задержки. По окончании импульса и при сохранении высоких потенциалов на выходах компаратора 40 и задатчика 38 на выходах элемента запрета 44 и элемента 2И 46 последовательно появляются высокие потенциалы. Под действием выходного напряжения элемента 2И 46 открывается ключ 49 и зажигается светодиод 52, сигнализирующий о том, что преобразователь 4 работает в инверторном режиме и вырабатывает трехфазное синусоидальное напряжение, поступающее на выходные клеммы 6 энергоустановки.
В случае, если ток через датчик 21 отсутствует и ни один из компараторов 39, 40 не срабатывает на выходах элементов 43, 44, 45, 46 присутствуют низкие уровни, а на выходе элемента ИЛИ-НЕ 47 - высокий. Под действием выходного напряжения элемента ИЛИ-НЕ 47 открывается ключ 50 и зажигается светодиод 53, сигнализируя о том, что преобразователь 4 неисправен.
Таким образом, обеспечивается исчерпывающий контроль состояния обратимого преобразователя 4 напряжения в энергоустановке с источниками переменного и постоянного тока, позволяющий своевременно выявлять и устранять его неисправность.
Содержащийся в устройстве задатчик 38 режима работы преобразователя 4 может быть выполнен как в виде ручного переключателя, так и в виде автоматического прибора, анализирующего состояние энергоустановки, например, по сигналам от датчиков напряжения и тока, входящих в ее состав.
Устройство реализовано на стандартных и широко распространенных элементах и характеризуется высокой надежностью, низкой стоимостью и малыми весом и габаритами.