PL186488B1 - Ochronnik indukcyjny do ochrony przeciwzwarciowej, zwłaszcza przekształtników napięcia stałego - Google Patents

Abstract

1. Ochronnik indukcyjny do ochrony przeciwzwarciowej, zwłaszcza przekształtników napięcia stałego, zawierający dławik włączany pomiędzy chronione urządzenie a źródło napięcia zasilającego, oraz diodę pierwszą włączoną równolegle do dławika w kierunku przeciwnym do kierunku składowej stałej prądu płynącego przez ochronnik, znamienny tym, ze równolegle do dławika (1) i pierwszej diody (3) włączona jest gałąź składająca się z drugiej diody (4) i źródła (5) pomocniczego napięcia przemiennego, przy czym druga dioda (4), włączona szeregowo ze źródłem (5) pomocniczego napięcia przemiennego, jest włączona przeciwnie do kierunku składowej stałej prądu płynącego przez ochronnik.

Description

Przedmiotem wynalazku jest ochronnik indukcyjny, do ochrony przeciwzwarciowej, zwłaszcza półprzewodnikowych przekształtników napięcia stałego.

Przekształtniki półprzewodnikowe pobierają ze źródła napięcia zasilającego prąd okresowo zmienny o wartościach chwilowych zmieniających się w czasie normalnej pracy z dużą szybkością co powoduje, że do ochrony takich przekształtników nie można stosować znanych dławików zwarciowych.

W znanych rozwiązaniach do zabezpieczania przekształtników półprzewodnikowych stosuje się bezpieczniki topikowe lub wyłączniki szybkie. Wadą takich rozwiązań jest to, że nie ograniczają szybkości narastania prądu zwarciowego, wskutek czego w czasie procesu wyłączania zwarcia prąd zdąża osiągnąć dużą wartość. Z polskiego opisu patentowego PL-156004 znany jest ochronnik indukcyjny do ochrony przekształtników napięcia stałego, który w czasie normalnej pracy ustalonej chronionego urządzenia nie ogranicza szybkości zmian wartości chwilowej prądu pobieranego przez chronione urządzenie z źródła zasilania, dzięki czemu może być stosowany do ochrony przekształtników półprzewodnikowych, natomiast gdy prąd wzrasta ponad wartość szczytową osiąganą w czasie normalnej pracy ustalonej, ochronnik radykalnie ogranicza szybkość narastania prądu, czyli spełnia wtedy rolę dławika zwarciowego. Zaletą ochronnika indukcyjnego znanego z polskiego opisu patentowego PL-155004 jest to, ze ułatwia wyłączanie zwarcia, nawet przez komutację wewnętrzną przekształtnika i ogranicza wartość prądu zwarciowego, natomiast wadami jest to, że ogranicza szybkość każdego narastania prądu zasilającego ponad szczytową wartość okresowo zmiennego prądu zasilającego podczas normalnej pracy, czyli również ogranicza szybkość wzrostu prądu w czasie nieawaryjnych przeciążeń, oraz to, że w czasie pracy ustalonej powoduje okresowe przysiady napięcia zasilającego chronione urządzenie w krótkich przedziałach czasu przed chwilami, w których prąd zasilający osiąga szczytową wartość.

Ochronnik indukcyjny do ochrony przeciwzwarciowej, zwłaszcza przekształtników napięcia stałego, zawierający dławik włączany pomiędzy chronione urządzenie a źródło napięcia zasilającego, oraz pierwszą diodę włączoną równolegle do dławika w kierunku przeciwnym do kierunku składowej stałej prądu płynącego przez ochronnik, charakteryzuje się tym, ze równolegle do dławika i pierwszej diody włączona jest gałąź składająca się z drugiej diody i źródła pomocniczego napięcia przemiennego. Druga dioda włączona szeregowo ze źródłem pomocniczego napięcia przemiennego, jest włączona w takim samym kierunku, jak pierwsza

186 488 dioda, czyli tak, że albo jej katoda jest połączona z katodą pierwszej diody, a anoda jest połączona z jednym biegunem źródła pomocniczego napięcia przemiennego, którego drugi biegun jest połączony z anodą pierwszej diody, albo jej anoda jest połączona z anodą pierwszej diody, a katoda jest połączona z drugim biegunem źródła pomocniczego napięcia przemiennego, którego pierwszy biegun jest połączony z katodą pierwszej diody.

W korzystnym wariancie wynalazku źródłem pomocniczego napięcia przemiennego jest wtórne uzwojenie transformatora, którego pierwotne uzwojenie jest zasilane z dowolnego źródła napięcia przemiennego.

Zaletą ochronnika według wynalazku jest to, że przez dobór wartości pomocniczego napięcia przemiennego, można dobierać graniczną wartość prądu zasilającego chronione urządzenie, po przekroczeniu której ochronnik zaczyna działać podobnie jak dławik zwarciowy, a poniżej której ochronnik ten nie ogranicza szybkości zmian prądu zasilającego. Ta graniczna wartość nie może być mniejsza od szczytowej wartości okresowo zmiennego prądu zasilającego, ale może być znacznie większa. Dzięki temu w zakresie prądów zasilania mniejszych od dobranej wartości granicznej, ochronnik nie ogranicza szybkości narastania prądu zasilającego podczas nieawaryjnych przeciążeń, oraz nie powoduje powstawania przysiadów napięcia zasilającego chronione urządzenie.

Przedmiot wynalazku jest bliżej objaśniony w przykładzie wykonania pokazanym na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat ideowy ochronnika w przykładzie zastosowania do ochrony falownika napięcia, fig. 2. przedstawia przebiegi prądów w układzie przedstawionym na schemacie fig. 1.

Ochronnik, zawiera dławik 1 włączony między źródło napięcia zasilającego Ul a chronione urządzenie, którym jest falownik napięcia 2, pierwszą diodę 3 włączoną równolegle do dławika 1, oraz gałąź składającą się z szeregowo połączonych drugiej diody 4 i wtórnego uzwojenia Z2 transformatora 6, włączoną równolegle do dławika 1 i pierwszej diody 3. Dla uproszczenia przebiegów na rysunku fig. 2 przyjęto, że falownik 2, typu PWM, pracuje z niewielką częstotliwością impulsów, a pierwotne uzwojenie Z1 transformatora 6 jest zasilane z sieci napięcia przemiennego. Falownik jest obciążony odbiornikiem o charakterze czynno - indukcyjnym.

W czasie normalnej pracy ustalonej urządzenia chronionego przez ochronnik, w dławiku 1 ochronnika płynie prąd il o wartości prawie stałej, zależnej od szczytowej dodatniej wartości napięcia U2 powstającego w uzwojeniu Z2. W przedziałach czasu, w których napięcie U2 ma wartość mniejszą od maksymalnej, prąd il jest podtrzymywany kosztem siły elektromotorycznej samoindukcji powstającej w dławiku 1, natomiast za dławikiem 1 prąd il rozgałęzia się na dwie składowe. Jedną z nich jest prąd i2, zależny od stanu pracy falownika 2, druga składowa i3 jest zawsze równa różnicy między prądami il a i2, z uwzględnieniem znaku prądu i2. Gdy napięcie U2 ma wartości ujemne, prąd i3 płynie przez pierwszą diodę 3 Ponieważ napięcie na dławiku 1 jest równe napięciu na pierwszej diodzie 3, czyli nie przekracza wartości około 1 V, a indukcyjność dławika 1 jest duża, prąd il maleje powoli. Gdy napięcie U2 przyjmuje wartości dodatnie, prąd i3 płynie przez gałąź składającą się z drugiej diody 4 i uzwojenia Z2. Gdy napięcie U2 przyjmuje wartości dodatnie większe od progu napięciowego drugiej diody 4 , czyli powyżej około 0,8 V, prąd il nie jest już podtrzymywany kosztem siły elektromotorycznej samoindukcji dławika 1, lecz płynie pod wpływem napięcia U2 i rośnie do wartości zależnej od szczytowej wartości napięcia U2. Gdy napięcie U2 po osiągnięciu wartości szczytowej maleje, prąd il płynie kosztem siły elektromotorycznej samoindukcji dławika 1 i powoli maleje. Gdy po upływie okresu napięcia U2, napięcie to znów zblizy się do wartości szczytowej, kosztem tego napięcia prąd il znów wzrośnie do poprzednio osiągniętej wartości maksymalnej.

Prawie stała wartość prądu il jest dla prądu i2, zasilającego chronione urządzenie, wartością graniczną.

Podczas normalnej pracy chronionego urządzenia, gdy szczytowe wartości prądu i2 są mniejsze od wartości prądu il, napięcie na dławiku 1 ma niewielką wartość i nie wpływa w sposób znaczący na pracę chronionego urządzenia, w szczególności nie wpływa znacząco na przebieg prądu i2 i jego pochodnej względem czasu.

186 488

W chwili, gdy następuje zwarcie w odbiorniku lub zwarcie skrośne w falowniku 2, prąd i2 skokowo wzrasta do aktualnej wartości prądu il. Na dławiku 1 powstaje spadek napięcia równy różnicy między wartością napięcia zasilającego Ul i niewielką lub zerową wartością napięcia na zaciskach wejściowych falownika 2, a prądy il i i2 są sobie równe i od osiągniętej skokowo wartości dalej rosną z ograniczoną prędkością. Ułatwia to wyłączenie zwarcia. Obecność dławika 1 w obwodzie zwarciowym nie powoduje w chwili wyłączenia prądu zwarcia żadnego przepięcia, gdyż od chwili wyłączenia zwarcia, gdy prąd przestaje płynąć przed ochronnikiem i za nim, w samym ochronniku prąd ten nadal płynie w obwodzie utworzonym przez dławik 1 i pierwszą diodę 3 i maleje z niewielką szybkością.

186 488

186 488

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł

Claims (2)

Zastrzeżenia patentowe

1. Ochronnik indukcyjny do ochrony przeciwzwarciowej, zwłaszcza przekształtników napięcia stałego, zawierający dławik włączany pomiędzy chronione urządzenie a źródło napięcia zasilającego, oraz diodę pierwszą włączoną równolegle do dławika w kierunku przeciwnym do kierunku składowej stałej prądu płynącego przez ochronnik, znamienny tym, że równolegle do dławika (1) i pierwszej diody (3) włączona jest gałąź składająca się z drugiej diody (4) i źródła (5) pomocniczego napięcia przemiennego, przy czym druga dioda (4) włączona szeregowo ze źródłem (5) pomocniczego napięcia przemiennego, jest włączona przeciwnie do kierunku składowej stałej prądu płynącego przez ochronnik.

2. Ochronnik według zastrz. 1, znamienny tym, że w gałęzi włączonej równolegle do dławika (1) i pierwszej diody (3), źródłem (5) pomocniczego napięcia przemiennego jest wtórne uzwojenie (Z2) transformatora (6), którego pierwotne uzwojenie (Zl) jest zasilane z dowolnego źródła napięcia przemiennego.