СПОСОБ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ВЫПРЯМИТЕЛЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1994 года по МПК H02H7/125 

Изобретение относится к силовой электроавтоматике, а именно к выпрямительным устройствам, преобразующим переменное напряжение питающей сети в постоянное.

Выпрямительные устройства, обеспечивая преобразование переменного тока в постоянный, играют важную роль в построении систем силовой электроавтоматики. Проверка выпрямительных устройств позволяет своевременно выявить дефект и предотвратить возможную аварию.

Известен способ проверки выпрямительных устройств, заключающийся в пропускании через выпрямитель переменного тока, определении формы выпрямительного напряжения, сравнении ее с опорной величиной и оценке работоспособности выпрямителя по результатам сравнения [1].

Устройство контроля содержит осциллограф с координатной сеткой, вход которого соединен с выходом выпрямителя. Проверка выпрямителя данным способом с помощью указанного устройства является достоверной для выпрямителей с одним диодом в каждом плече.

В настоящее время широко распространены выпрямители с параллельным соединением диодов в плечах. Проверка этих выпрямителей описанным способом не может быть достоверной, так как отказ и выгорание одного диода не изменяет формы выпрямленного напряжения ввиду перераспределения тока нагрузки между оставшимися диодами. Допуск в эксплуатацию выпрямителя, где уже имеется один или несколько отказов, может привести к дальнейшему непрогнозиpуемому отказу всего выпрямителя, поскольку с каждым новым отказом происходит увеличение напряженности электрических и тепловых режимов оставшихся в выпрямителе диодов, что приводит к снижению надежности последних.

Указанный недостаток устранен в способе контроля выпрямителя на N параллельно включенных диодах, реализованный в устройстве [2].

Способ основан на формировании и подаче через каждое проверяемое плечо выпрямителя прямого тока, сравнении измеряемого параметра в цепи каждого выпрямительного диода с опорной величиной и оценке исправности каждого плеча выпрямителя по результату сравнения всех параметров.

Устройство, реализующее этот способ, состоит из m плеч выпрямителя, N входовых элементов И-НЕ, входы каждого из которых соединены с датчиками тока в цепях соответствующих диодов одного из плеч выпрямителя, а выходы элементов И-НЕ - с блоком индикации.

Способ и устройство, его реализующее, отличаются простотой выполнения операций и конструкторской реализации.

Однако описанный способ и реализующее его устройство работоспособны лишь при значениях формируемого и подаваемого через каждое проверяемое плечо тока не ниже величины, определяемой порогом срабатывания по входу элемента И-НЕ, т.е. его реакцией по входу на лог "0" или лог. "1". Пороги срабатывания по каждому из N входов элемента И-НЕ не равны между собой ввиду их технологического разброса, а также нестабильны во времени из-за их температурного дрейфа. Кроме того, пороги срабатывания по каждому из N входов логического элемента могут находиться в широком диапазоне, например для ТТЛ - элементов порог лог. "0" - 0-0,8 В, а лог. "1" - 2,3-5,0 В. Учитывая, что ток нагрузки в процессе его работы изменяется случайным образом, колебания тока нагрузки приводят к ложным результатам оценки работоспособности выпрямителя. Действия перечисленных дестабилизирующих факторов приводят к появлению ложных результатов контроля работоспособности выпрямительных диодов, когда при исправности выпрямителя результат контроля указывает на его неисправность.

Целью изобретения являются исключение появления ложных результатов контроля при колебаниях тока нагрузки, повышение температурной стабильности и достоверности результатов контроля.

Указанная цель достигается тем, что в способе технологического контроля выпрямителя, каждое плечо которого состоит из N параллельно включенных диодов, заключающемся в том, что после установки выпрямителя в корпус измеряют прямой ток в цепи одного из диодов каждого плеча выпрямителя, сравнивают измеренный ток с основной опорной величиной и судят о неисправности в контролируемом плече выпрямителя, до установки выпрямителя в корпус измеряют ток, протекающий через каждое плечо выпрямителя, сравнивают его с первой опорной величиной А, не превышающей максимально допустимого тока выпрямителя, при совпадении этих величин измеряют ток, протекающий через один из диодов в этом же плече выпрямителя, и запоминают эту величину, затем после установки выпрямителя в корпус измеряют прямой ток через каждое проверяемое плечо выпрямителя, сравнивают его с первой опорной величиной А, при совпадении этих величин производят упомянутое измерение тока в цепи одного из диодов каждого плеча выпрямителя, сравнивают измеренную величину с запомненной величиной и полученную разность сравнивают с основной опорной величиной, в качестве которой используют вторую опорную величину, не превышающую A/N(N-1), по превышении которой судят о неисправности в контролируемом плече выпрямителя.

При этом устройство, реализующее предложенный способ содержит резисторные датчики тока в цепи каждого диода, первый блок сравнения, выход которого подключен к входу блока индикации, второй и третий блоки сравнения, блоки формирования первой и второй опорных величин, блок измерения тока, блок памяти и коммутатор, причем последовательно с выпрямителем включен блок измерения тока, выход которого соединен с первым входом второго блока сравнения, второй вход которого соединен с блоком формирования первой опорной величины, а выход - с коммутатором, при этом один из резисторных датчиков тока одного из диодов каждого плеча выпрямителя соединен с соответствующим входом коммутатора, выход которого соединен с входом блока памяти и первым входом третьего блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока памяти, а выход соединен с первым входом первого блока сравнения, второй вход которого соединен с блоком формирования второй опорной величины.

В способе-прототипе и предложенном способе производится сравнение величины тока, протекающего в цепи одного из диодов, с опорной величиной. Однако эти величины имеют различные значения и различную физическую суть. В прототипе опорной величиной является величина напряжения срабатывания (порогового напряжения) каждого отдельного входа многовходового логического элемента, которые между собой имеют значительный разброс и нестабильность, например температурную. Эта величина не является формируемой внешними средствами. В предложенном способе производится формирование опорной величины в специальном блоке формирования опорной величины. При этом значение опорной величины (второй опорной величины) формируется исходя из значения первой опорной величины, которая выбирается в пределах величины тока, протекающего через плечи выпрямителя. Значение первой опорной величины определяет значение второй опорной величины и момент проведения операции сравнения второй опорной величины с величиной тока, протекающего через контролируемый диод плеча выпрямителя. Указанное, а также анализ признаков прототипа и предложенного решения позволяют сделать вывод о соответствии предложенного решения критерию "новизна".

На чертеже показано устройство, реализующее данный способ.

Устройство содержит блок 1 измерения тока, содержащий трансформатор 1.1 тока, блок 2 формирования первой опорной величины, включающий резистор 2.1, стабилитрон 2.2, потенциометр 2.3, второй блок 3 сравнения, содержащий резисторы 3.1 и 3.2, конденсатор 3.3, диод 3.4, операционный усилитель 3.5, блокинг-генератор 3.6, блок 4 памяти, содержащий резистор 4.1, двуханодный стабилитрон 4.2, потенциометр 4.3, вольтметр 4.4, пиковый вольтметр 4.5, коммутатор 5, содержащий переключатель 5.1, ключ 5.2, блок 6 формирования второй опорной величины, содержащий резисторы 6.1 и 6.2, третий блок 7 сравнения, содержащий резисторы 7.1-7.3, операционный усилитель 7.4, первый блок 8 сравнения, содержащий операционный усилитель 8.1, блок 9 индикации, содержащий тиристор 9.1, переключатель 9.2, лампу 4 накаливания 9.3, выпрямитель 10, содержащий диоды 10.1.1-10.1.N, 10.2.1-10.2.N, 10.3.1-10.3.N, 10.4.1-10.4. N, резисторы 10.5.1-10.5. N, 10.6.1-10.6. N, 10.7.1-10.7.N, 10.8.1-10.8.N, разделительный трансформатор 11.

Контроль работы плеч выпрямителя производится следующим образом.

Первоначально на заключительном этапе сборки выпрямителя (после проверки всех электрических и тепловых режимов электрорадиоэлементов, качество пайки, покрытия лаком) до установки выпрямителя в корпус производят подключение выпрямителя на диодах 10.1.1...10.4.N с подсоединенной к нему нагрузкой в сеть переменного тока через разделительный трансформатор Т. При этом происходит формирование прямого тока, величина которого определяется величиной сопротивления нагрузки, и подача его в нагрузку через выпрямитель. С помощью блока 1 измерения тока (токового трансформатора 1.1) производится измерение тока, протекающего через цепи выпрямителя. Токовый трансформатор преобразует величину тока, протекающего через цепи выпрямителя, в пропорциональную величину тока, протекающего через резистор 3.1 второго блока 3 сравнения. В последнем производится сравнение (с помощью операционного усилителя 3.5) напряжения, снимаемого с резистора 3.1, пропорционального току через плечо выпрямителя, с напряжением, поступающего из блока 2 формирования первой опорной величины (с движка потенциометра 2.3), и при совпадении величин этих напряжений производится формирование с помощью дифференцирующей цепи [3.3-3.2] и диода 3.4 импульса, запускающего блокинг-генератор 3.6. По импульсу, формируемому блокинг-генератором и поступающему на управляющий вход коммутатора 5, напряжение, снимаемое с датчика тока в цепи диода 10.1.N проверяемого плеча выпрямителя-резистора 10.5.N, поступает через коммутатор 5 в блок 4 памяти, где индицируется на пиковом вольтметре 4.5. Движком потенциометра 4.3 выравнивают показания вольтметров 4.4 и 4.5, производя таким образом запоминание напряжения снимаемого с резистора 10.5.N. Значение запомненной величины присутствует далее в виде напряжения на движке потенциометра 4.3.

Дальнейший процесс технологического контроля, перед которым выпрямитель помещают в корпус, герметизируют, прекращая доступ к его элементам, осуществляется следующим образом.

При подключении выпрямителя с подсоединенной к нему номинальной нагрузкой через разделительный трансформатор 11 к сети переменного тока производится измерение тока, протекающего через цепи выпрямителя, с помощью блока 1 измерения тока (токового трансформатора 1.1). Токовый трансформатор преобразует величину тока, протекающего через цепи выпрямителя, в пропорциональную величину тока, протекающего через резистор 3.1 второго блока 3 сравнения. В последнем производится сравнение с помощью операционного усилителя 3.5 напряжения, снимаемого с резистора 3.1, пропорционального току через плечо выпрямителя, с напряжением, поступающим из блока 2 формирования первой опорной величины (с движка потенциометра 2.3). При совпадении величин этих напряжений производится формирование с помощью дифференцирующей цепи [3.3-3.2] и диода 3.4 импульса, запускающего блокинг-генератор 3.6. По импульсу, формируемому блокинг-генератором 3.6, напряжение снимаемое с датчика тока в цепи диода 10.1.N проверяемого плеча выпрямителя - резистора 10.5. N, поступает через коммутатор 5 в третий блок 7 сравнения, на первый вход операционного усилителя 7.4, на второй вход которого поступает напряжение, запомненное в блоке 4 памяти. В третьем блоке сравнения с помощью операционного усилителя 7.4 производится сравнение этих двух величин (напряжений). С выхода усилителя 7.4 сигнал разности поступает в первый блок 8 сравнения. В нем операционным усилителем 8.1 сигнал разности сравнивается с напряжением, не превышающим A/N(N-1), где N ≥ 2, и поступающим из блока 6 формирования второй опорной величины. При выходе из строя одного или нескольких диодов проверяемого плеча выпрямителя происходит увеличение тока через исправные диоды этого плеча. Величина сигнала с выхода третьего блока 7 сравнения превышает величину сигнала, поступающего с блока 6 формирования второй опорной величины. На выходе первого блока 8 сравнения формируется импульс, открывающий тиристор 9.1, в результате чего загорается лампа накаливания 9.3 блока 9 индикации. Переключатель 9.2 предназначен для сброса результатов контроля предыдущего плеча при последовательном контроле плеч выпрямителя.

Предлагаемый способ контроля и устройство, его реализующее, обеспечивает контроль работоспособности выпрямительных диодов 10.1.1-10.1. N, 10.2.1-10.2. N двух плеч выпрямителя. Для контроля диодов 10.3.1-10.3.N, 10.4.1-10.4. N двух других плеч выпрямителя используется устройство Б1, аналогичное описанному, причем в качестве датчиков тока используются резисторы 10.7.N, 10.8.N.

Временные диаграммы работы устройства, иллюстрирующие режимы, при котором все диоды контролируемого плеча выпрямителя исправны, приведены на левой половине фиг.2.

График U₁(t) представляет временную зависимость напряжения, поступающего с резистора 3.1 (см.фиг.1) на вход операционного усилителя 3.5 второго блока 3 сравнения и пропорционального току, текущему в обмотке 1.1.2 токового трансформатора 1.1 блока 1 измерения тока, который пропорционален току, протекающему через выпрямитель.

График U₂(t) представляет постоянное напряжение (первую опорную величину), снимаемое с движка потенциометра 2.3 блока 2 формирования первой опорной величины. Точки пересечения графиков U₁(t) и U₂(t) F,G,H,K характеризуют моменты времени t₁, t₂, t₃, t₄ совпадения мгновенных значений этих напряжений.

График U₃(t) представляет временную зависимость напряжения, поступающего с резистора 10.5.N на вход коммутатора 5.

График U₄(t) представляет импульсы напряжения, формируемые блокинг-генератором 3.6 в момент поступления на его вход запускающего импульса, подаваемого с дифференцирующей цепи [3.3-3.2], на которую поступают импульсы напряжения, формируемые операционным усилителем 3.5, приведенные на графике U₅(t).

График U₆(t) представляет зависимость мгновенных значений напряжения U₃(t) в моменты времени t₁, t₂, t₃, t₄.

График U₇(t) представляет постоянное напряжение, снимаемое с движка потенциометра 4.3 блока 4 памяти. Равенство этого напряжения и амплитуды мгновенных значений напряжения U₃(t) в моменты времени t₁, t₂, t₃, t₄ устанавливается по показаниям вольтметров 4.4 и 4.5 в процессе записи значения в блок 4.

График U₈(t) представляет результат сравнения двух напряжений, поступающих на входы третьего блока 7 сравнения.

График U₉(t) представляет постоянное напряжение, поступающее на второй вход первого блока 8 сравнения и получаемое в блоке 6 формирования второй опорной величины (на резисторы 6.1-6.2).

График U₁₀(t) представляет напряжение, являющееся результатом сравнения двух напряжений, поступающих на входы первого блока 8 сравнения.

Импульсов положительной полярности, открывающих тиристор 9.1, в блок 9 индикации не поступает. Лампа накаливания 9.3 не горит.

Временные диаграммы работы предлагаемого устройства, иллюстрирующие режим, при котором один или несколько диодов контролируемого плеча выпрямителя неисправны, приведены на правой половине фиг.2. Графики приведены с учетом того, что момент отказа взят за нулевую точку отсчета по шкале времени t.

Графики U₁₀(t), U₁₁(t), U₁₃(t), U₁₄(t), U₁₆(t), U₁₈(t) аналогичны соответственно графикам U₁(t), U₂(t), U₄(t), U₅(t), U₇(t), U₉(t), приведенным на фиг.2 (левая часть).

Графики U₁₂(t), U₁₅(t) аналогичны соответственно графикам U₃(t), U₆(t), приведенным на левой части фиг.2, за исключением того, что амплитуды графиков U₁₂(t), U₁₅(t) выше, чем графиков U₃(t), U₆(t) ввиду того, что ток, протекающий через датчик тока - резистор 10.5.N, стал больше из-за перераспределения токов между работоспособными диодами контролируемого плеча.

График U₁₇(t) представляет результат сравнения двух напряжений, поступающих на входы третьего блока 7 сравнения.

График U₁₉(t) представляет напряжение, являющееся результатов сравнения двух напряжений, поступающих на входы первого блока 8 сравнения.

График U₂₀(t) представляет напряжение, поступающее на лампу накаливания 9.3 блока 9 индикации при включении тиристора 9.1. Лампа загорается.

Таким образом, использование предложенного способа позволяет исключить получение ложных результатов контроля при колебаниях тока нагрузки, повысить температурную стабильность и достоверность результатов контроля выпрямителя, каждое плечо которого состоит из N параллельно включенных диодов, что достигается за счет сравнения величины тока в цепи одного из диодов с одной опорной величиной, абсолютное значение которой формируется в зависимости от тока через выпрямитель в определенный момент времени. Сравнение величины одного тока с одной стабильной опорной величиной в определенный момент времени позволяет избежать ложных результатов, которые неизбежны при сравнении N величин с N различными опорными величинами, подверженными различным флуктуациям без привязки к конкретному моменту времени, и обеспечивает получение указанного эффекта.

Кроме того, реализация и эксплуатация предложенного решения (например, на электровозах) позволяет проводить оперативный контроль выпрямителя в процессе функционирования транспортного средства. Своевременное выявление частичных отказов выпрямителя с их устранением позволяет предотвратить полные отказы выпрямителя, повысить надежность его работы и безопасность эксплуатации транспортного средства.

Сущность изобретения: способ технологического контроля выпрямителя, каждое плечо которого состоит из N параллельно включенных диодов, заключается в том, что после установки выпрямителя в корпус измеряют прямой ток в цепи одного из диодов каждого плеча выпрямителя, сравнивают измеренный ток с основной опорной величиной и судят о неисправности в контролируемом плече выпрямителя. До установки выпрямителя в корпус измеряют ток, протекающий через каждое плечо выпрямителя, сравнивают его с первой опорной величиной А, не превышающей максимально допустимого тока выпрямителя. При совпадении этих величин измеряют ток, протекающий через один из диодов в этом же плече выпрямителя и запоминают эту величину. Затем после установки выпрямителя в корпус измеряют прямой ток через каждое проверяемое плечо выпрямителя, сравнивают его с первой опорной величиной А, при совпадении этих величин производят измерение тока в цепи одного из диодов каждого плеча выпрямителя, сравнивают измеренную величину с запомненной величиной и полученную разность сравнивают с основной опорной величиной, в качестве которой используют вторую опорную величину, не превышающую А/N (N-1), по превышению которой судят о неисправности в контролируемом плече выпрямителя. 2 ил.

1. Способ технологического контроля выпрямителя, каждое плечо которого состоит из N параллельно включенных диодов, заключающийся в том, что после установки выпрямителя в корпус измеряют прямой ток в цепи одного из диодов каждого плеча выпрямителя, сравнивают измеренный ток с основной опорной величиной и судят о неисправности в контролируемом плече выпрямителя, отличающийся тем, что, с целью исключения появления ложных результатов контроля при колебаниях тока нагрузки, повышения температурной стабильности и достоверности результатов контроля, до установки выпрямителя в корпус измеряют ток, протекающий через каждое плечо выпрямителя, сравнивают его с первой опорной величиной А, не превышающей максимально допустимого тока выпрямителя, при совпадении этих величин измеряют ток, протекающий через один из диодов в этом же плече выпрямителя, и запоминают эту величину, затем после установки выпрямителя в корпус измеряют прямой ток через каждое проверяемое плечо выпрямителя, сравнивают его с первой опорной величиной А, при совпадении этих величин производят упомянутое измерение тока в цепи одного из диодов каждого плеча выпрямителя, сравнивают измеренную величину с запомненной величиной и полученную разность сравнивают с основной опорной величиной, в качестве которой используют вторую опорную величину, не превышающую A/N(N - 1), по превышению которой судят о неисправности в контролируемом плече выпрямителя. 2. Устройство для технологического контроля выпрямителя, каждое плечо которого состоит из N параллельно включенных диодов, содержащее резисторные датчики тока в цепи каждого диода, первый блок сравнения, выход которого подключен к входу блока индикации, отличающееся тем, что, с целью исключения появления ложных результатов контроля при колебаниях тока нагрузки, повышения температурной стабильности и достоверности результатов контроля, в него введены второй и третий блоки сравнения, блоки формирования первой и второй опорных величин, блок измерения тока, блок памяти и коммутатор, причем последовательно с выпрямителем включен блок измерения тока, выход которого соединен с первым входом второго блока сравнения, второй вход которого соединен с блоком формирования первой опорной величины, а выход - с коммутатором, при этом один из резисторных датчиков тока одного из диодов каждого плеча выпрямителя соединен с соответствующим входом коммутатора, выход которого соединен с входом блока памяти и с первым входом третьего блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока памяти, а выход соединен с первым входом первого блока сравнения, второй вход которого соединен с блоком формирования второй опорной величины.