§ 96. Защита полупроводниковых преобразователей

Защита при коротких замыканиях преобразователей. К.з преобразователей, обладаюших малой перегрузочной способностью, представляют большую опасность. Если а результате накопления пробитых диодов (тиристоров) или по другим причинам произошел сквозной пробой плеча выпрямительного моста, то одна из полуобмоток трансформатора через исправное плечо в прямом направлении и через пробитое плечо в обратном направлении замыкается накоротко. В этом контуре протекает аварийный прерывистый ток (до 20 кА), который опасен как для исправного плеча, так н для электрооборудования этой цепи (обмоток трансформатора, переключателей н др.). Кроме того, сквозной пробой плеча влечет за собой появление генераторных токов в тяговых двигателях.

В этом случае необходимо обеспечить быстрое отключение цепи от источника питания.

В СССР на электровозах ВЛбО", ВЛ80", ВЛ80Т, ВЛ80С устанавливают дифференциальную защиту, реле которой смонтированы в виде блока БРД Дифференциальная зашита отключает главный выключатель значительно быстрее, чем другие защиты, и срабатывает не только при сквозном пробое плеча, но и в других аварийных режимах (при коротких замыканиях в цепях вторичной обмотки трансформатора, перебросах в тяговых двигателях и др ). Однако срабатывание блока БРД увеличивает общее время действия зашиты до 0,04—0,05 с. На электровозах ВЛ80Р н ВЛ85 защита преобразователей от токов к.з. и при опрокидывании инвертора осуществляется аатоматическимн выключателями В зарубежной практике известны случаи применения плавких предохранителей для защиты параллельных цепей тиристоров

На электропоездах ЭР9 и ЭР9П при сквозном пробое плеча или ответвлений выпрямительной установки ток короткого замыкания на низших позициях ограничивают токоограннчивающими реакторами, вторичные обмотки которых служат датчиками, воздействующими на отключение главного выключателя при коротких замыканиях.

Однако при регулировании напряжения на стороне высшего напряжения и низшего со встречно-согласно включаемыми полуобмотками сопротивление тягового трансформатора на низших позициях остается достаточно большим и ток короткого замыкания не больше, чем на высшей ступени. Поэтому токоограни-чивающие реакторы как средство защиты выпрямителей совместно с главным выключателем не получили распространения.

С повышением надежности современных кремниевых диодов (тиристоров) вероятность сквозного пробоя плеч уменьшается. Поэтому отказываются от применения короткозамыкателей, плавких предохранителей и других специальных аппаратов зашиты выпрямителей от тока н используют для этого главные выключатели, причем обычно без токо-ограничиваюших реакторов. Защита должна обеспечивать сохранность выпрямителей при круговых огнях на коллекторах тяговых двигателей. При этом переходный режим несколько легче режима к з. за сглаживающим реактором, так как, кроме реактора, в цепн остаются обмотки возбуждения двигателей с шунтирующими элементами.

Отказ от зашиты выпрямителей прн пробое плеча и короткого замыкания на стороне выпрямленного напряжения (до сглаживающего реактора) существенно снижает требования к быстродействию зашиты В этом случае для обеспечения надежной защиты выпрямители должны иметь некоторый запас по току с тем, чтобы в эксплуатации р — «-переходы полупроводниковых приборов никогда не были нагреты до предельной температуры и воздействие тока к.з. (за сглаживающим реактором) не вызвало бы ее превышения.

Защита при пробое и обрыве цепи одиночных диодов (тиристоров). Большое

количество полупроводниковых приборов в мощных выпрямителях э.п.с. повышает вероятность их повреждения. Прн пробое отдельного диода (тиристора) в последовательной цепи возрастает обратное напряжение на остальных вентилях этой цепи н увеличивается вероятность пробоя следующего. Пробой отдельных полупроводниковых приборов не вызывает нарушения работы выпрямителя н может остаться незамеченным до сквозного пробоя плеча. В связи с этим широкое применение получили различные защиты или сигнализация о пробое диода (тиристора), которые обычно реагируют также на повреждения (к.з. или обрыв) шунтирующих резисторов и контуров кс.

Все многочисленные варианты этих защит основаны на контроле отсутствия разности потенциалов между нормально эквипотенциальными точками параллельных цепей в плече выпрямителей или между диодами (тиристорами) плеча н специальным делителем напряжения. Схемы отличаются числом контролируемых точек, видом сопротивлений в делителе и системой датчиков, реагирующих на появление разности потенциалов.

На электровозах при пробое одиночного вентиля в любом плече выпрямителя на низших ступенях обычно на пульте машиниста загорается сигнальная лампа с красным стеклом. Если срабатывает зашита от пробоя одиночного полупроводникового элемента на высших позициях (например, на электровозах ВЛ80К, ВЛ80Т выше 25-й), кроме загорания сигнальной лампы, происходит отключение главного выключателя, так как прерывается цепь питания его удерживающей катушки.

На электровозах ВЛ80Р н ВЛ85 при одиночном пробое тнрнсторов защита осуществляется блоками защиты. Контакты выходных реле Р (рис. 256) включают сигнальные лампы 304 в кабинах машиниста. Работоспособность преобразователей при одиночном пробое тиристоров сохраняется Тиристоры и шунтирующие их резисторы каждого плеча преобразователя образуют измерительный мост, в диагональ которого включена первичная обмотка трансформатора-датчика Т2—Т9. При исправном состоянии тиристоров все мосты балан-

сируются регулируемыми резисторами R3, R4, R12, R13, R19, R20, R25, R26 так, чтобы ток в диагонали моста был равен нулю. Параметры резисторов в мостах блока учитывают разное число последовательно включенных в плечах тиристоров (два — в плечах 5, 6; три — в плечах /—4, 7, 8) и возможные разбросы параметров самих тиристоров и резисторов блоков выравнивания напряжений преобразователя.

В случае пробоя тиристора в любом плече преобразователя (например, в плече <?) баланс напряжений в соответствующем мосте нарушается, н на обмотках трансфор-матора-датчнка Т2 появляется напряжение небаланса. Вторичные обмотки всех трансформаторов-датчиков включены на выпрямительные мосты (Д5—Д8, Д9— Д12, Д13—Д16, Д17-Д20, Д21-Д24, Д25—Д28, Д29—Д32, Д35—Д36), которые на стороне выпрямленного напряжения соединены параллельно и работают по схеме ИЛИ. Их общей нагрузкой являются соединенные последовательно обмотки управлений (ЗК—ЗН, 4К—4Н, 5К—5Н, 6К—6Н, 7К—7Н) магнитного усилителя ТУМЗА-11, работающего в релейном режиме. Нарушение баланса напряжений хотя бы в одном мосте приведет к протеканию тока в обмотках управления магнитного усилителя. После достижения током заданного значения магнитный усилитель намагничивается, ток в цепи его главных обмоток (Al—XI, А2—Х2, У1—В1, У 2— В2) и включенной последовательно с ними катушкн реле Р (типа РПВ-396) резко возрастает, реле срабатывает, замыкая контактами цепь питания соответствующей номеру преобразователя сигнальной лампы на пульте машиниста.

Питание цепей главных обмоток магнитного усилителя и катушкн реле Р осуществляется через трансформатор 77 (380/36 В) и выпрямительный мост Д1—Д4. Ток срабатывания реле Р регулируют переменным резистором R7. Для исключения возможности появлення опасных перенапряжений в цепях обмоток управлення их шунтируют цепочкой RJ6—C.

Поскольку работа преобразователя ВИП2-2200М при одном пробитом тиристоре в плече допускается, то предусмот-

Рис. 256. Схема блока сигнализации З ВИП-913 электровоза ВЛ80Р

рена возможность отключения цепи любого трансформатора-датчика моста, включенного на плечо с поврежденными тиристорами Поэтому после пробоя тиристора, например в плече /, должен быть отключен тумблер В]. В противном случае при пробое еще одного тиристора, но в другом плече этого же преобразователя сигнализация не сработает, так как реле и сигнальная лампа уже будут включены из-за наличия постоянного сигнала от трансформатора-датчика Т2

На моторных вагонах электропоездов в случае пробоя днода (тиристора) выпрямителя соответствующий датчик выдает сигнал на вход блока управления защиты, срабатывание которого вызывает отключение контактора защиты и разрыв цепи выпрямителя. При этом остается включенным главный выключа-

тель и сохраняется питание вспомогательных устройств (вентиляции, отопления и др.) на моторном вагоне с выключенным выпрямителем.

Защита от перенапряжений. Защита от атмосферных перенапряжений на отечественном э п. с. осуществляется вентильными разрядниками, включенными в цепь до главных или быстродействующих выключателей. На электровозах ЧС4 и ЧС4Т, где контакты главных выключателей не шунтированы нелинейными резисторами, уровень коммутационных перенапряжений, воздействующих на цепи выпрямителя и тяговых двигателей, ограничивается контурами Р,С, включенными параллельно вторичным обмоткам тягового трансформатора. Контурами /?С также защищены и выпрямительные мосты вспомогательной цепи. Однако вентильные разрядники

способны защитить цепь только от единичных перенапряжений, так как они гасят не только энергию самого перенапряжения, но н значительно большую энергию сопровождающего тока, который прерывается только в конце полупериода при смене полярности напряжения сети.

Повторяющиеся послекоммутацнонные перенапряжения несколько ослабляются контурами /?С. Для эффективного подавления их необходимы контуры большой мощности, потери в резисторах которых значительно снижают к. п. д. преобразователей. Поэтому разрабатывают различные демпфирующие устройства на полупроводниковых приборах

Защита э. п. с. с импульсными преобразователями. В качестве основного аппарата зашиты используется быстродействующий выключатель, который защищает цепи от тока к. з. и при нарушениях коммутации двигателей. Однако так как при разряде конденсатора энергия практически полностью и мгновенно выделяется в структуре тиристоров, выключатель не может защитить тиристоры от тока к. з. в диодном плече. Поэтому необходимая надежность создается запасом прочности изоляции преобразователя, сглаживающего реактора и монтажных соединений этого участка цепи. Если разместить преобразователь со стороны «земли», то сглаживающий реактор имеет наименьшую индуктивность, необходимую для сглаживания пульсаций тока при относительно высокой частоте импульсного преобразователя.

Предыдущая Оглавление Следующая