Система защиты инвертора.

При эксплуатации вентильных преобразователей могут возникать различные аварийные режимы, среди которых наиболее вероятны:

• перегрузка по току и внешнее короткое замыкание;

• внутреннее короткое замыкание, вызванное пробоем вентиля;

• ложное включение вентиля системой управления;

• срыв инвертирования (опрокидывание инвертора).

Любой из этих режимов связан с быстрым нарастанием тока на аварийном участке и перегрузкой полупроводниковых приборов. При перегрузке возникают потери мощности в р-n–переходе, а его температура, вследствие малой теплоёмкости, резко возрастает. В случае превышения некоторого критического значения температуры р-n–перехода полупроводниковый прибор выходит из строя, поэтому температура является основным параметром, характеризующим перегрузочную способность полупроводниковых приборов.

Поэтому основными требованиями, предъявляемыми к устройствам защиты, являются:

• максимальное быстродействие для ограничения амплитуды и длительности аварийного тока;

• иметь высокую чувствительность, чтобы на более ранней стадии аварийного режима начать процесс ограничения тока;

• не допускать ложных срабатываний;

• иметь высокую надёжность и простоту.

Защита зависимых инверторов наиболее эффективна с применением методов принудительного гашения аварийного тока. Вариант такого устройства показан на рис.8.

Рис.8.Устройство защиты мгновенного действия ЗИ.

По сигналу с датчика аварийного тока одновременно со снятием управляющих импульсов с тиристоров инвертора подаются управляющие импульсы на тиристоры Т₁ и Т₂ устройства защиты. Через открывшиеся тиристоры Т₁ и Т₂ напряжения предварительно заряженного конденсатора С прикладывается к тиристорам инвертора и закрывает их. Происходит коммутация аварийного тока в цепь перезаряда конденсатора С, который перезаряжается через входную индуктивность инвертора L. Характер перезаряда должен быть колебательным, тогда тиристоры Т₁ и Т₂ закроются в момент перехода тока перезаряда через нуль, а затем конденсатор С снова перезаряжается до исходной полярности через резисторы R₁ и R₂.

Цепочка T₃R₃ необходима для исключения накопления энергии в магнитном поле входной индуктивности инвертора L. Величина коммутирующей ёмкости С определяется из выражения

,

где I₀ – входной ток инвертора в момент срабатывания защиты,

t – время, необходимое для коммутации тока и восстановления управляющих свойств тиристоров,

U_d – напряжение источника постоянного тока.

Важную роль в системах защиты вентильных преобразователей играют датчики аварийного тока.

Для фиксирования начала аварийного режима в цепях постоянного тока можно использовать свойство магнитных материалов с прямоугольной петлей гистерезиса при перемагничивании скачком переходить из состояния с остаточной индукцией одного знака к индукции противоположного знака (рис.9).

Пример построения датчика тока с использованием этого явления представлен на рис.10. На тороидальном сердечнике с прямоугольной петлей гистерезиса расположены две обмотки: обмотка смещения w_c и рабочая обмотка w_p Провод, через который протекает измеряемый ток I_d, проходит через окно тороида и представляет собой один виток обмотки подмагничивания (управления), которая создаёт намагничивающую силу, направленную навстречу намагничивающей силе обмотки смещения. Регулировочным резистором R_p устанавливается такое значение тока в обмотке смещения, чтобы результирующая МДС в сердечнике не превышала коэрцитивной силы Н_C, если ток I_d не превышает допустимого значения. Если возникнет аварийный режим и ток I_d превысит допустимое значение, то результирующая МДС превысит значение коэрцитивной силы Н_C и произойдёт перемагничивание сердечника. При этом индукция в сердечнике изменится скачком на величину ∆В (рис.9), что приведёт к наведению в рабочей обмотке w_р импульса напряжения, который приводит к срабатыванию системы защиты.