RU2537846C2 - Device for protection of matrix cascade frequency converter - Google Patents
Device for protection of matrix cascade frequency converter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2537846C2 RU2537846C2 RU2013123492/07A RU2013123492A RU2537846C2 RU 2537846 C2 RU2537846 C2 RU 2537846C2 RU 2013123492/07 A RU2013123492/07 A RU 2013123492/07A RU 2013123492 A RU2013123492 A RU 2013123492A RU 2537846 C2 RU2537846 C2 RU 2537846C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cascade
- protection
- phase
- frequency converter
- protection device
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Ac-Ac Conversion (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Настоящее изобретение относится к области полупроводниковой преобразовательной техники, в частности к матричным преобразователям частоты непосредственного типа (НПЧ) для регулирования высоковольтных электродвигателей переменного тока большой мощности.The present invention relates to the field of semiconductor converting technology, in particular to direct-type matrix frequency converters (NFCs) for controlling high-voltage high-voltage AC motors.
Уровень техникиState of the art
Известно устройство управления 3-фазного двухзвенного НПЧ, построенного на полностью управляемых ключах IGBT-модулей с двухсторонней проводимостью с использованием программного метода адаптивной широтно-импульсной модуляции (ШИМ), описанное в [1; 2].A control device is known for a 3-phase two-link LPC based on fully controllable keys of IGBT modules with two-sided conductivity using the software method of adaptive pulse width modulation (PWM) described in [1; 2].
В указанных преобразователях частоты в качестве устройств компенсации реактивных (индуктивных) токов питающей сети при коммутации ключей IGBT-модулей как на частоте сети, так на частоте ШИМ, в т.ч. в аварийных ситуациях при ошибках коммутации, используются батареи конденсаторов, подключенные к входным зажимам НПЧ. Такое решение задачи приводит к дополнительным потерям электроэнергии, т.е. к снижению к.п.д. в нормальных режимах НПЧ.In these frequency converters, as compensation devices for reactive (inductive) currents of the supply network when switching keys of IGBT modules both at the network frequency and at the PWM frequency, incl. in emergency situations with switching errors, capacitor banks connected to the input terminals of the low frequency drive are used. Such a solution to the problem leads to additional energy losses, i.e. decrease in efficiency in normal NPH modes.
Более близким по техническому решению к заявляемому устройству является способ и устройство защиты матричного однокаскадного НПЧ на полностью управляемых ключах IGBT-модулей с двухсторонней проводимостью и высокочастотной ШИМ, описанное в [3] (аналог). В указанном устройстве используется достаточно сложный программный способ защиты, в алгоритме которого имеются стадии выявления ошибки коммутации, а затем реализации самой защиты, требующие соответствующего программирования. Однако такой способ защиты сам по себе подвержен воздействию ошибок и сбоям программирования.Closer to the technical solution to the claimed device is a method and device for protecting a single-stage matrix low-frequency converter on fully managed keys of IGBT modules with two-sided conductivity and high-frequency PWM, described in [3] (analog). The indicated device uses a rather complicated software protection method, in the algorithm of which there are stages of detecting a switching error, and then the implementation of the protection itself, requiring appropriate programming. However, this protection method is itself susceptible to errors and programming failures.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство защиты матричного каскадного преобразователя частоты на полностью управляемых ключах с двухсторонней проводимостью и высокочастотной ШИМ, описанное в [4] (прототип).Closest to the technical nature of the claimed device is a protection device matrix cascade frequency converter on fully managed keys with two-sided conductivity and high-frequency PWM, described in [4] (prototype).
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Заявляемое изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 изображена блок-схема известного матричного каскадного преобразователя частоты (МКПЧ) непосредственного типа с высокочастотной синусоидальной ШИМ [5] и предлагаемого устройства его защиты.The claimed invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows a block diagram of a known matrix cascade frequency converter (MFC) of direct type with a high-frequency sinusoidal PWM [5] and the proposed device for its protection.
В представленной блок-схеме на фиг.1 используются следующие обозначения: 1 - силовая часть МКПЧ; 2 - микропроцессорная система управления (СУ); 3 - волоконно-оптическая линия связи (ВОЛС); 4 - каскад (матрица); 5 - контактор; 6 - потенциально изолированные 3-фазные источники питания (вторичные обмотки трансформатора); 7 - блок устройства защиты; 8 - плата преобразователя оптического; 9 - плата преобразователя опто-сигналов; 10 - плата обратного преобразования опто-сигналов; 11 - устройство управления контактором; Usa, Usb, Usc - напряжения питающей сети.In the presented block diagram of figure 1, the following notation is used: 1 - power part of the MKPCH; 2 - microprocessor control system (SU); 3 - fiber optic communication line (FOCL); 4 - cascade (matrix); 5 - contactor; 6 - potentially isolated 3-phase power supplies (secondary transformer windings); 7 - block protection device; 8 - optical converter board; 9 - a board of the converter of optical signals; 10 - board reverse conversion of optical signals; 11 - contactor control device; U sa , U sb , U sc - supply voltage.
Каждый каскад (матрица) 4 МКПЧ построен по мостовой 3-фазной схеме, в каждом плече которого используются управляемые ключи IGBT-модулей с двухсторонней проводимостью. На фиг.2 изображена электрическая схема одного каскада (матрицы) 4 и схема одного блока устройства защиты 7.Each cascade (matrix) 4 of the MFC is constructed according to a 3-phase bridge circuit, in each arm of which controlled keys of IGBT modules with two-side conductivity are used. Figure 2 shows the electrical circuit of one cascade (matrix) 4 and the circuit of one block of the
В представленной схеме (фиг.2) одного каскада 4 МКПЧ, построенного по мостовой 3-фазной схеме, используются следующие обозначения:In the presented scheme (Fig. 2) of one
4.1 - управляемые ключи IGBT-модулей в каждом плече; 4.2 - платы драйверных устройств; 7.1 - 3-фазный выпрямитель; 7.2 - датчик тока; 7.3 - пороговый элемент (варистор); 7.4 - компенсирующий конденсатор; 7.5 - балластный резистор; Vtm, itm, Ltm, где (m=а, b, с), - напряжения, токи и собственные индуктивности фаз вторичной обмотки трансформатора 6; ΔUta, ΔUtb, ΔUtc - перенапряжения в фазах вторичной обмотки трансформатора 6; ~Ud, id, Rd, Ld - выходные напряжение, ток и параметры эквивалентной нагрузки одного каскада 4.4.1 - managed keys of IGBT modules in each arm; 4.2 - driver device boards; 7.1 - 3-phase rectifier; 7.2 - current sensor; 7.3 - threshold element (varistor); 7.4 - compensating capacitor; 7.5 - ballast resistor; V tm , i tm , L tm , where (m = a, b, c) are the voltages, currents and intrinsic inductances of the phases of the secondary winding of the
На фиг.3 изображен общий вид конструкции с двумя блоками устройства защиты 7.Figure 3 shows a General view of the structure with two blocks of the
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Предлагаемое устройство защиты матричного каскадного преобразователя частоты по сравнению с прототипом [4] характеризуется более гибким процессом реализации защиты и обеспечивает существенное повышение работоспособности МКПЧ при возникновении аварийной ситуации.The proposed device protection matrix cascade frequency converter in comparison with the prototype [4] is characterized by a more flexible process for the implementation of protection and provides a significant increase in the efficiency of the MFC if an emergency occurs.
Указанный технический результат достигается за счет того, что при возникновении аварийной ситуации в каком-либо каскаде происходит отключение только аварийного каскада и его шунтирование. Причем остальные каскады будут продолжать функционировать в прежнем режиме, сохраняя работоспособность МКПЧ в целом.The specified technical result is achieved due to the fact that in the event of an emergency in any cascade, only the emergency cascade is turned off and shunted. Moreover, the remaining cascades will continue to function in the same mode, while maintaining the IHRC as a whole.
Предлагаемое устройство защиты m-фазного (А; В; С) матричного n-каскадного преобразователя частоты (фиг.1), состоящего из силовой части 1, микропроцессорной системы управления (СУ) 2 и волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) 3, включает в себя n×m блоков устройства защиты 7, каждый из которых соединен с 3-фазными входными зажимами одного из каскадов 4 МКПЧ.The proposed protection device m-phase (A; B; C) matrix n-cascade frequency converter (figure 1), consisting of a power unit 1, a microprocessor control system (SU) 2 and fiber optic communication lines (FOCL) 3, includes n × m blocks of the
В состав каждого блока устройства защиты 7 входит (фиг.2) 3-фазный выпрямитель 7.1, выход которого через датчик тока 7.2 и пороговый элемент (варистор) 7.3 соединен с компенсирующим конденсатором 7.4, шунтированным балластным резистором 7.5.The structure of each block of the
Выходы датчиков тока 7.2 каждого блока устройства защиты 7 соединены с платой преобразователя оптического 8, которая в свою очередь по каналам ВОЛС 3 подключена к микропроцессорной СУ 2, формирующей опто-сигналы на включение и выключение управляемых ключей IGBT-модулей 4.1. Микропроцессорная СУ 2 по каналам ВОЛС 3 через платы преобразователей опто-сигналов 9 соединена с платами драйверных устройств 4.2, обладающих функцией собственной защиты управляемых ключей IGBT-модулей 4.1 от токов (i2ta; i2tb; i2tc) при перегрузках и коротких замыканиях (к.з.).The outputs of the current sensors 7.2 of each block of the
Кроме того, микропроцессорная СУ 2 (фиг.1) по каналам ВОЛС 3 соединена с платой обратного преобразования опто-сигналов 10, выход которой подключен к устройству управления контактором 11.In addition, the microprocessor control system 2 (Fig. 1) is connected via the FOCL 3 channels to the inverse optical-
Предлагаемое устройство защиты работает следующим образом.The proposed protection device operates as follows.
Если во время нормальной работы в каком-либо каскаде 4 МКПЧ (фиг.2) возникает аварийная ситуация по одной из следующих причин:If during normal operation in any
- из-за программной ошибки в алгоритме или из-за обрыва в цепях формирования или канализации сигналов управляемых ключей IGBT-модуля 4.1;- due to a software error in the algorithm or due to a break in the circuits of the formation or channelization of the managed key signals of the IGBT module 4.1;
- из-за ложного включения управляемых ключей IGBT-модуля 4.1 в результате наведенной электромагнитной помехи;- due to the false inclusion of managed keys of the IGBT module 4.1 as a result of induced electromagnetic interference;
- из-за возникших токов перегрузки или токов к.з. во входной или выходной цепи,- due to arising overload currents or short-circuit currents in the input or output circuit,
то происходит срабатывание собственной защиты платы драйверного устройства 4.2, следовательно, управляемые ключи одного из IGBT-модулей 4.1 выключаются и входная цепь этого каскада 4 оказывается разомкнутой.then the personal protection of the driver device board 4.2 is triggered, therefore, the managed keys of one of the IGBT modules 4.1 are turned off and the input circuit of this
В результате разрыва цепи входных токов (i2ta; i2tb; i2tc) собственные индуктивности (Lta; Ltb; Ltc) потенциально изолированного 3-фазного источника питания (вторичной обмотки трансформатора) 6 вызывают всплеск перенапряжений (ΔUta; ΔUtb, ΔUtc). При превышении перенапряжений уровня, определяемого пороговым элементом (варистором) 7.3, входные токи (i2ta; i2tb; i2tc) замыкаются по цепи: 3-фазный выпрямитель 7.1 - датчик тока 7.2 - пороговый элемент 7.3 - компенсирущий конденсатор 7.4 - балластный резистор 7.5.As a result of an open circuit of the input currents (i 2ta ; i 2tb ; i 2tc ), the intrinsic inductances (L ta ; L tb ; L tc ) of the potentially isolated 3-phase power source (secondary winding of the transformer) 6 cause an overvoltage surge (ΔU ta ; ΔU tb , ΔU tc ). When exceeding the voltage level determined by the threshold element (varistor) 7.3, the input currents (i 2ta ; i 2tb ; i 2tc ) are closed by the circuit: 3-phase rectifier 7.1 - current sensor 7.2 - threshold element 7.3 - compensating capacitor 7.4 - ballast resistor 7.5 .
Возникший электрический сигнал на выходе датчика тока 7.2 поступает на плату преобразователя оптического 8, которая формирует опто-сигнал и по каналу ВОЛС 3 передает его в микропроцессорную СУ 2. Последняя в соответствии с программой ее работы формирует опто-сигналы на постоянное включение всех плеч на управляемых ключах IGBT-модулей 4.1 аварийного каскада 4, которые по каналам ВОЛС 3 поступают на платы драйверных устройств 4.2, осуществляя шунтирование данного каскада 4 МКПЧ.The electrical signal that has arisen at the output of the current sensor 7.2 is fed to the
Кроме того, микропроцессорная СУ 2 (фиг.1) одновременно формирует опто-сигнал на выключение контактора 5 аварийного каскада 4 МКПЧ. Указанный опто-сигнал по каналам ВОЛС 3 поступает на плату обратного преобразования опто-сигналов 10 в электрический сигнал, воздействующий на устройство управления 11 одного из контакторов 5, отключающего аварийный каскад 4 МКПЧ от потенциально изолированного 3-фазного источника питания 6.In addition, the microprocessor control system 2 (Fig. 1) simultaneously generates an opto signal to turn off the
Таким образом, если возникает аварийная ситуация в каком-либо каскаде 4 МКПЧ хотя бы по одной из вышеперечисленных причин, то по сигналу блока устройства защиты 7 произойдет шунтирование аварийного каскада 4 и его отключение от потенциально изолированного 3-фазного источника питания 6. Причем остальные каскады будут продолжать функционировать в прежнем режиме, сохраняя работоспособность МКПЧ в целом.Thus, if an emergency occurs in any
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Конструктивно предлагаемое устройство защиты матричного каскадного преобразователя частоты изготовлено в виде отдельных плат, на каждой из которых размещены по два блока устройства защиты 7 по схеме фиг.2.Structurally, the proposed device protection matrix cascade frequency converter is made in the form of separate boards, on each of which are placed two blocks of the
На фиг.3 изображен общий вид конструкции с двумя блоками устройства защиты 7, установленной в шкафу опытного образца матричного каскадного преобразователя частоты по схеме фиг.1, предназначенного для питания гребного электродвигателя переменного тока высокого напряжения мощностью до 1,0 МВт.Figure 3 shows a General view of the design with two blocks of the
Таким образом, устройство защиты матричного каскадного преобразователя частоты, содержит в каждой m-фазе силовой части n-каскадов (матриц) 3-фазных мостовых схем, каждое плечо которого построено на управляемых ключах IGBT-модулей с двухсторонней проводимостью, причем входные зажимы каждого каскада посредством контакторов подключены к (m×n) потенциально изолированным 3-фазным источникам питания (вторичным обмоткам трансформаторов), микропроцессорную систему управления (СУ), формирующую опто-сигналы для драйверных устройств, осуществляющих включение, выключение и токовую защиту управляемых ключей IGBT-модулей с двухсторонней проводимостью указанных каскадов, состоящее из (m×n) блоков устройства защиты с компенсирующими конденсаторами, каждый из которых посредством 3-фазного выпрямителя подключен к входным зажимам одного из указанных каскадов, причем в составе каждого блока устройства защиты содержатся датчик тока и пороговый элемент (варистор), включенные последовательно с компенсирующим конденсатором, шунтированным балластным резистором.Thus, the protection device of the matrix cascade frequency converter contains, in each m-phase of the power part of the n-cascades (matrices) of 3-phase bridge circuits, each arm of which is built on controlled keys of IGBT modules with two-side conductivity, and the input terminals of each cascade by contactors are connected to (m × n) potentially isolated 3-phase power supplies (secondary windings of transformers), a microprocessor control system (CS) that generates opto-signals for driver devices that implement switching, switching off and current protection of the controlled keys of IGBT modules with two-sided conductivity of the indicated stages, consisting of (m × n) blocks of the protection device with compensating capacitors, each of which is connected via the 3-phase rectifier to the input terminals of one of these stages, each block of the protection device contains a current sensor and a threshold element (varistor) connected in series with a compensating capacitor shunted by a ballast resistor.
Выходы датчиков тока через платы преобразователей оптических соединяют с микропроцессорной СУ, которая при возникновении аварийной ситуации в каком-либо каскаде обеспечивает по сигналу от датчика тока постоянное включение всех плеч данного каскада, тем самым шунтируя его, и выключение контактора на его входных зажимах, тем самым отключая потенциально изолированный 3-фазный источник питания данного каскада.The outputs of the current sensors through the boards of the optical converters are connected to the microprocessor control system, which, in the event of an emergency in any cascade, ensures that all the arms of this cascade are constantly switched on by a signal from the current sensor, thereby shunting it and turning off the contactor at its input terminals, thereby disconnecting a potentially isolated 3-phase power supply for this stage.
ЛитератураLiterature
1. Устройство и способ управления обратимым преобразователем энергии переменного тока в энергию переменного тока. Шрейнер Р.Т., Ефимов А.А. и др. Патент РФ № 2265947 С2, кл. H02M 5/27 от 09.07.2002.1. Device and method for controlling a reversible converter of AC energy into AC energy. Shreiner R.T., Efimov A.A. and other RF Patent No. 2265947 C2, class.
2. Способ преобразования частоты. Шрейнер Р.Т., Кривовяз В.К. и др. Патент РФ № 2269860 С2, кл. Н02М 5/16 от 16.09.2003.2. The method of frequency conversion. Shreiner R.T., Krivovyaz V.K. and other RF Patent No. 2269860 C2, class. Н02М 5/16 from 09.16.2003.
3. Method and apparatus for protecting PWM cycloconverter. Sawa Toshihiro... Патент Японии № 1154552, кл. Н02М 5/27 от 14.11.2001.3. Method and apparatus for protecting PWM cycloconverter. Sawa Toshihiro ... Japan Patent No. 1154552, cl. Н02М 5/27 dated 11/14/2001.
4. Устройство защиты матричного каскадного преобразователя частоты. Скворцов Б.А. Патент РФ № 2475930 С1, кл. Н02М 5/27 от 20.06.2011.4. Protection device matrix cascade frequency converter. Skvortsov B.A. RF patent No. 2475930 C1, cl.
5. Устройство формирования и регулирования напряжения матричного непосредственного преобразователя частоты с высокочастотной синусоидальной ШИМ. Скворцов Б.А., Васин И.М., Махонин С.В., Богатырев Д.Е. Патент РФ № 2422975 С1, кл. Н02М 5/27 от 15.07.2010.5. The device for forming and regulating the voltage of the matrix direct frequency converter with a high-frequency sinusoidal PWM. Skvortsov B.A., Vasin I.M., Makhonin S.V., Bogatyrev D.E. RF patent No. 2422975 C1, cl.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013123492/07A RU2537846C2 (en) | 2013-05-22 | 2013-05-22 | Device for protection of matrix cascade frequency converter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013123492/07A RU2537846C2 (en) | 2013-05-22 | 2013-05-22 | Device for protection of matrix cascade frequency converter |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013123492A RU2013123492A (en) | 2014-11-27 |
RU2537846C2 true RU2537846C2 (en) | 2015-01-10 |
Family
ID=53288352
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013123492/07A RU2537846C2 (en) | 2013-05-22 | 2013-05-22 | Device for protection of matrix cascade frequency converter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2537846C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106909713A (en) * | 2017-01-17 | 2017-06-30 | 电子科技大学 | A kind of three phase alternating current motor high frequency model suitable for analyzing common mode disturbances |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1154552A1 (en) * | 1998-10-30 | 2001-11-14 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Method and apparatus for protecting pwm cycloconverter |
RU2269860C2 (en) * | 2003-09-16 | 2006-02-10 | Закрытое акционерное общество ЗАО "Автоматизированные системы и комплексы" | Method for frequency conversion |
RU2475930C1 (en) * | 2011-06-20 | 2013-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" | Device for protection of matrix cascade frequency converter |
-
2013
- 2013-05-22 RU RU2013123492/07A patent/RU2537846C2/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1154552A1 (en) * | 1998-10-30 | 2001-11-14 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Method and apparatus for protecting pwm cycloconverter |
RU2269860C2 (en) * | 2003-09-16 | 2006-02-10 | Закрытое акционерное общество ЗАО "Автоматизированные системы и комплексы" | Method for frequency conversion |
RU2475930C1 (en) * | 2011-06-20 | 2013-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" | Device for protection of matrix cascade frequency converter |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106909713A (en) * | 2017-01-17 | 2017-06-30 | 电子科技大学 | A kind of three phase alternating current motor high frequency model suitable for analyzing common mode disturbances |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013123492A (en) | 2014-11-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2786479B1 (en) | Power converter | |
AU2009342065B2 (en) | A modular voltage source converter | |
EP2747267B1 (en) | Electrical apparatus including chain-link converter and protection circuit | |
EP3373435B1 (en) | Power conversion device | |
EP2858195B1 (en) | Converter circuit | |
RU2505903C1 (en) | Intergrated apparatus for compensation of reactive power and melting ice cover (version) | |
KR20090132507A (en) | Solar power plant | |
WO2015062970A1 (en) | Breaker circuit | |
US20140211525A1 (en) | Method and arrangement for the surge protection of inverters for photovoltaic systems | |
KR20140087450A (en) | Converter having decrease function of fault current | |
KR20110074370A (en) | Method for controlling a power according to generatied value and power conversion apparatus thereof | |
US20210359617A1 (en) | Electrical assembly | |
CN110011559A (en) | Isolated inverter | |
RU2537846C2 (en) | Device for protection of matrix cascade frequency converter | |
KR101430577B1 (en) | Voltage sag protector for three phase servo driver | |
RU2505899C1 (en) | Integrated apparatus for melting ice and compensation of reactive power | |
RU2475930C1 (en) | Device for protection of matrix cascade frequency converter | |
US11005266B2 (en) | Electrical assembly for a power transmission network | |
CN101572489A (en) | Control power supply of chain type current converter in chain type static synchronous compensator | |
RU195453U1 (en) | MULTILEVEL DEVICE FOR COMPENSATION OF REACTIVE POWER AND SUPPRESSION OF HIGH HARMONIC CURRENT | |
US11476672B2 (en) | System and method for stabilizing an alternating voltage grid | |
Sztykiel et al. | AC/DC converter with DC fault suppression for aircraft+/-270 VDC distribution systems | |
CN218449496U (en) | Reactive power compensation device adopting redundancy control | |
RU2727148C1 (en) | Device for compensation of reactive power in high-voltage networks | |
RU107422U1 (en) | HIGH-VOLTAGE MULTI-LEVEL FREQUENCY CONVERTER CELL |