5.2. Узел защиты и блокировки.

Узел защиты м блокировки (рисунок 5.3.) обеспечивает защиту преобразователя:

1. от чрезмерно больших токов (максимально-токовая защита);

2. от длительной перегрузки по току (тепловая защита);

3. при понижении напряжения в питающей сети.

Кроме этого узел осуществляет следующую блокировку: запре­щает формирование управляющих импульсов в СИФУ, а также шунтирует цепи обратных связей регуляторов тока и скорости при отсутст­вии внешней команды "Деблокировка". Тем самым обеспечивается бестоковое состояние преобразователя и нулевые начальные условия регуляторов.

Максимально-токовая защита построена на транзисторе V47, выполняющем функции порогового элемента. Базовая цепь транзистора V47 через резистор R61 подключена к датчику тока (к источнику сигна­ла ), а через R60 - к стабилизированному напряжению –15 В, которое выполняет роль напряжения смещения. Коллекторная цепь транзистора подключена по входу установки "1" триггера защиты, построенного на микросхемах DD2.2, DD2.4. К выходу триггера подключен ключевой двухкаскадный усилитель на транзисторах V46, V49. Для защиты порогового элемента от помех ему приданы "легкие" интегрирующие свойства (конденсатором С22).

В исходном состоянии на выходе триггера (элемент DD2.4) присутствует низкий логический уровень, транзисторы ключевого усили­теля закрыты, лампа Н2 выключена.

Если входные резисторы одинаковы (R 60 = R61), то до тех пор, пока сигнал выпрямленного тока меньше по уровню +I5B, базовая цепь транзистора, V47 будет смещенной отрицательным на­пряжением на диоде V46, т.е. транзистор V47 будет закрыт. Ког­да сигнал превысит уровень напряжения смещения, транзистор V47 откроется и низким логическим уровнем на коллекторе установит триггер защиты в единичное состояние, при котором в базовой цепи V48 действует высокий логический уровень и поэтому транзисторы V48, V49 открываются. Включение лампы Н2 сигнализирует об аварийной ситуации.

Кроме этого низким логическим уровнем с противоположного вы­хода триггера (с DD2.2) на выходе элемента DD2.3 устанавливается логическая "1", что вызывает перевод углов управления в сторону инверторного режима до уровня . Такой перевод углов уп­равления в литературе получил название "сеточная защита" и позво­ляет локализировать развитие аварийной ситуации в тиристорных преобразователях.

Установка триггера в исходное, нулевое состояние осуществля­ется низким логическим уровнем на входе 5 элемента DD2.2 (т.е. напряжением на конденсаторе C2I ниже порогового уровня логичес­ких микросхем). Чтобы установить триггер в исходное состояние не­обходимо кратковременно снять питание со схемы управления, а затем его подать. При этом конденсатор С21 сначала разрядится, а на интервале заряда до порогового уровня сформирует сигнал установки триггера защиты в исходное состояние.

Узел максимально-токовой защиты, регулировки не требует. Расчет резисторов R60, R61 сделан специально для каждого типораз­мера преобразователя с учетом типа тиристоров, проводов ошиновки.

Защита от длительной перегрузки по току построена на операционном усилителе А6, на котором реализован интегратор, и логи­ческой микросхеме DD2.1, выполняющей роль порогового устройства. Запоминание аварийной ситуации, индикация и проведение защитных регулирующих воздействий осуществляется теми же элементами, что и при максимально-токовой защите.

К входу усилителя А6 через R47 подключается напряжение смещения от источника +I5B (чтобы подать смещение необходимо на клеммнике преобразователя установить перемычку), а через R73 по­дается сигнал с датчика тока. При отсутствии тока в силовой цепи, а также при его значениях ниже номинального тока двигателя результирующее напряжение, действующее на входе А6, - положительное. На выходе усилителя А6 в этом случае устанавливается отри­цательное напряжение, равное напряжению насыщения усилителя. Пос­кольку отрицательные напряжения диодом V53 отсекаются, то на входе DD2.1 действует (через R80) низкий логический уровень, а на выходе - высокий. Поэтому триггер защиты остается в исходном (нулевом) состоянии.

Если выпрямленный ток преобразователя превысил установленное значение» то знак результирующего напряжения на входе А6 стано­вится отрицательным и усилитель начинает интегрировать, изменяя выходной сигнал в сторону положительных значений. При напряжении на выходе А6, равном пороговому значению логической микросхемы (приблизительно +7.5В), на выходе последней вместо единичного появится нулевой логический сигнал, что приведет к установке триггера защиты в единичное состояние и далее переводу в , включению лампы H2 аварийной сигнализации, приблизительно через 10 мс к снятию управляющих импульсов; включению реле К, шунтирующего обратные связи в регуляторах тока и скорости.

При максимально-токовой и при тепловой защите управляющие импульсы с тиристоров силовой схемы в аварийной ситуации сразу не снимаются, а лишь переводятся на значения . Если бы управляющие импульсы сразу снимались, то при работе преобразователя в инверторном режиме возник бы аварийный режим "опрокидывание инвертора", который по своим последствиям является самым тяжелым в тиристорных преобразователях.

Защита преобразователя при понижении напряжения в питающей сети построена на микросхеме DD1.1 (четырехвходовом элементе И о открытым коллекторным выходом). Три входа DD1.1 объединены и подключены к стабилизированному напряжению +I5B. На четвертый вход подается сигнал с блока питания. Выход микросхемы DD1.1 подключен к цепочке R66, R67, С21. Сигнал с конденсато­ра C2I поступает на вход 5 DD2.2 установки RS-триггера защиты в исходное (нулевое) состояние, на диод V5 в СИФУ и на один из входов микросхемы DD1.2. управляющей включением реле К.

Пока напряжение в питающей сети находится в рамках допусти­мых значений, сигнал имеет уровень логической единицы, вы­ходной транзистор микросхемы DD1.1 – закрыт, конденсатор C2I за­ряжен через R67 и его напряжение воспринимается как "единичное" входами DD2.2 и DD1.2, а в СИФУ разрешается прохождение сформированных управляющих импульсов. Отметим, что поскольку выход микросхемы DD1.1 открытый, то заряд конденсатора C2I в основном идет через резистор R67 с постоянной времени заряда , а разряд - через R66 с постоянной времени разряда (видно, что ).

При уменьшении напряжения в любой из фаз ниже установленного уровня, заниженный по уровню сигнал будет восприниматься мик­росхемой DD1.1 как нулевой, поэтому ее выходной транзистор откры­вается, а конденсатор C2I быстро разряжается и снимаются сформи­рованные управляющие импульсы в СИФУ. Одновременно, устанавливает­ся нулевой логический уровень на выходе микросхемы DD1.2, что вы­зывает запрет формирования управляющих, импульсов в СИФУ (в допол­нение к снятию управляющих импульсов), перевод в , включение реле К, которое своими контактами шунтирует цепочки обрат­ных связей регуляторов тока и скорости.

При восстановлении напряжения в питающей сети конденсатор C2I заряжается через R67 от источника +I5B. По истечении интер­вала времени, приблизительно равного постоянной времени заряда кон­денсатора C2I ( ), напряжение на конденсаторе достигает порогового уровня, воспринимаемого за логическую единицу. После чего снимается запрет на формирование и прохождение управляющих импульсов в СИФУ, а также снимается их установка в и расшунтируются цепочки обратных связей регуляторов.

Диод V45 защищает выходной транзистор микросхемы DD1.2 от перенапряжений при отключении катушки реле К. Развязывающий диод V44 исключает отключение реле К нулевым сигналом , сформированным в логическом устройстве.

Блокировка, реализованная в данном узле с помощью RС-цепо­чки (R57, R58, C20), микросхемы DD1.2 и реле К, работает следующим образом. При разомкнутом внешнем контакте S ("Деблокировка") конденсатор С20 подключен к источнику -I5B м поэтому на соответствующем входе микросхемы DD1.2 присутствует низкий логи­ческий уровень. В результате будет включено реле К, контакты ко­торого зашунтируют регуляторы тока и скорости, а сигналы, уходя­щие в СИФУ, переведут в , и запретят формирование управляющих импульсов.

При замыкании контакта S конденсатор C20 будет быстро заряжаться через резистор R58 = 150 Ом от источника +I5B. Когда напряжение на С20 достигнет порогового уровня, выходной транзис­тор микросхемы DD1.2 закроется, что приведет к отключению реле К (расшунтированию регуляторов), снятию запрета на формирование уп­равляющих импульсов и отмене установки = .

Размыкание контакта S вызывает достаточно медленный перезаряд конденсатора С20 через резистор R57 = 68 кОм от источника -I5B. Напряжение на С20 снизится ниже порогового уровня прибли­зительно через 2 сек (за это время двигатель должен затормозиться с максимальной скорости), после чего будет обеспечено бестоковое состояние преобразователя (т.к. сформируется сигнал, запрещающий формирование управляющих импульсов в СИФУ) и нулевые начальные условия регуляторов (т.к. регуляторе будут шунтированы включившимися контактами реле К).

Следует отметить, что наличие этой блокировки позволяет при двухпозиционном логической устройстве организовать трехпозицион­ный режим. В третьем (дополнительном) состоянии с УЗиБ в логичес­кое устройство формируется сигнал , что вызывает запрет формирования управляющих импульсов на оба силовых комплекта пре­образователя и, как следствие» исключение ползучих скоростей в электроприводе.