УСТРОЙСТВО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ Российский патент 1999 года по МПК G01R31/26 G01R31/28 

Изобретение относится к области силовой электротехники, а именно к системам диагностирования тиристорных преобразователей.

Известно устройство диагностики вентильного преобразователя, которое служит для обнаружения отказов и контроля вентильных преобразователей, предназначенных для использования в электроприводах постоянного тока [1]. Устройство содержит два элемента ИЛИ, блоки задержки, генераторы тестовых сигналов, трансформаторы элементов гальванической развязки, разделительные конденсаторы элементов гальванической развязки, пороговые усилители, блок дешифрации, блок индикации. Неисправные тиристоры выявляются за счет подачи на них тестовых управляющих сигналов. Недостаток данного устройства - невозможность его использования без вывода преобразователя в целом в специальный контрольный режим. Указанный недостаток устраняется при использовании устройства контроля тиристорного преобразователя [2]. Устройство содержит элементы совпадения, входной блок, содержащий фильтр, дифференциатор, ждущий мультивибратор и дифференцирующую цепь, элементы индикации, формирователь селектирующих импульсов, дифференцирующие цепи, RS-триггеры, JK-триггеры. Устройство служит для контроля и диагностики неисправностей силовой части и систем управления тиристорного преобразователя в процессе его работы. Выход тиристора из строя приводит к загоранию соответствующего светодиода. Главный недостаток устройства - невозможность поддержания требуемого уровня надежности тиристорного преобразователя из-за отсутствия предсказания времени отказа полупроводникового элемента. Сказанное является следствием лишь констатации факта выхода тиристора из строя.

Задачей предлагаемого изобретения является поддержание надежности тиристорного преобразователя.

Задача решается за счет использования устройства диагностирования, позволяющего прогнозировать время выхода из строя тиристоров в силовой части тиристорного преобразователя.

Предлагаемое устройство диагностирования тиристорного преобразователя содержит измерительно-вычислительный комплекс в виде микроконтроллера специального алгоритма. Входы микроконтроллера соединены с датчиком измерения температуры корпуса тиристора, датчиком измерения температуры радиатора, датчиком измерения температуры окружающей среды, датчиком величины напряжения на тиристоре, датчиком силы тока через тиристор, датчиком величины напряжения на управляющем электроде, датчиком силы тока в цепи управления тиристором. Выход микроконтроллера соединен с устройством индикации.

В основе устройства диагностирования лежит микроконтроллер, который работает по специальному алгоритму. Входы микроконтроллера соединены с датчиками для измерения температуры корпуса тиристора, температуры радиатора, температуры окружающей среды, напряжения на тиристоре, тока протекающего через тиристор, напряжения на управляющем электроде, тока протекающего в цепи управления которые, в свою очередь, расположены в силовом оборудовании непосредственно у оцениваемого тиристора. Выход микроконтроллера соединен с устройством индикации.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где представлена структурная схема устройства диагностирования.

Устройство диагностирования содержит датчик 2 для измерения прямого падения напряжения на тиристоре 1, датчик 3 для измерения падения напряжения на управляющем электроде, датчик 4 для измерения тока, протекающего через тиристор в прямом направлении, датчик 5 для измерения тока, протекающего в цепи управления, датчик 6 для измерения температуры корпуса тиристора, датчик 7 для измерения температуры радиатора (охладителя) тиристора, датчик 8 для измерения температуры окружающей среды, микроконтроллер 9, устройство индикации 10.

Устройство диагностирования работает следующим образом. В ходе функционирования тиристорного преобразователя с помощью датчика 2 для измерения прямого падения напряжения на тиристоре 1, датчика 3 для измерения падения напряжения на управляющем электроде тиристора 1, датчика 4 для измерения тока, протекающего через тиристор 1 в прямом направлении, датчика 5 для измерения тока, протекающего в цепи управления тиристора 1, датчика 6 для измерения температуры, корпуса тиристора 1, датчика 7 для измерения температуры радиатора (охладителя) тиристора 1, датчика 8 для измерения температуры окружающей среды определяются ток, протекающий через тиристор, и ток в цепи управления тиристора, напряжение на тиристоре и на его управляющем электроде, температура корпуса тиристора, температура радиатора, температура окружающей среды. На основании полученных данных с помощью микроконтроллера 9 определяется мощность рассеиваемая на тиристоре 1 и по специальной модели - эквивалентная температура структуры тиристора 1. Косвенным методом с помощью микроконтроллера 9 определяется фактическая температура структуры тиристора 1. Диагностирование тиристора 1 тиристорного преобразователя осуществляется по отклонению фактической температуры тиристора 1 от эквивалентной, вычисленной с помощью модели. Параметры, входящие в модель, измеряются с помощью указанных выше датчиков 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8. Сравнение полученной разности с критическим значением позволяет прогнозировать время выхода из строя полупроводникового элемента и, в целом, преобразователя.

Специальный алгоритм работы микроконтроллера 9 определяет совокупность предписаний, определяющих последовательность действий при проведении диагностирования тиристорного преобразователя и содержит следующую последовательность операций.

1. В начальный момент времени, после ввода исходных данных: тока, протекающего через тиристор и тока в цепи управления тиристора, напряжения на тиристоре и на его управляющем электроде, температуры корпуса тиристора, температуры радиатора, температуры окружающей среды. На основании полученных данных с помощью микроконтроллера определяется температура структуры тиристора.

2. Далее происходит процесс адаптации модели. В процессе адаптации в микроконтроллер вводятся ток, протекающий через тиристор, и ток в цепи управления тиристора, напряжение на тиристоре и на его управляющем электроде, температура корпуса тиристора, температура радиатора, температура окружающей среды, физические параметры тиристора, такие как удельная теплоемкость структуры тиристора, удельное сопротивление структуры тиристора, объем структуры тиристора.

3. На основании полученных данных с помощью микроконтроллера 9 вычисляется температура структуры тиристора с помощью модели.

4. Затем, если текущее время меньше времени установления теплового режима работы тиристора, то продолжается процесс адаптации модели по изменяющимся внешним факторам. Действия повторяются до момента достижения установившегося режима.

5. Если текущее время равно времени установления теплового режима работы тиристора, то находится ошибка между вычисленным эквивалентным значением температуры структуры тиристора 1 и введенным экспериментальным значением температуры, определенных в один и тот же момент времени.

6. Полученная ошибка сравнивается с предотказным значением. Если при этом текущее время равно времени установления теплового режима работы тиристора, а ошибка меньше предотказного значения, то модель функционирует параллельно с работающим тиристором 1. Если же наоборот, то через заданный интервал времени определяется экстраполирующая кривая изменения значения ошибки.

7. Далее, если выбран аналитический метод прогнозирования, определяется интервал времени в течение которого сохранится работоспособное состояние тиристорного преобразователя. Если выбран вероятностный метод прогнозирования, то определяется вероятность сохранения работоспособного состояния тиристорного преобразователя на заданный интервал времени.

Помимо сказанного, микроконтроллер 9 служит в качестве управляющего элемента, согласующего определение необходимых параметров для работы модели и параметров тиристора, диагностирование преобразователя и индикацию результатов диагностирования, т.е. является измерительно-вычислительным комплексом. Реализация микроконтроллера возможна на базе широко используемой микроЭВМ КР1816ВЕ31.

В качестве датчиков измерения могут быть использованы:
- для измерения температуры корпуса тиристора и температуры радиатора - в комплексе термопара, удлиняющие провода, устройство коммутационное многоканальное (УКМ-4), медные соединительные провода, измерительно-вычислительный комплекс;
- для измерения температуры окружающей среды - термопреобразователи сопротивления, использующие зависимость активного электрического сопротивления металлов от температуры;
- для измерения напряжения на тиристоре и напряжения на управляющем электроде - датчики напряжения с возрастающей характеристикой;
- для измерения тока, протекающего через тиристор и тока в цепи управления тиристора - датчики тока на основе преобразователя Холла.

В качестве устройства индикации возможно использовать полупроводниковые излучающие приборы, в частности, многоразрядные цифровые индикаторы типа АЛС. [3].

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 1368827, кл. G 01 R 31/26, 1988.

2. Авторское свидетельство СССР N 1613979, кл. G 01 R 31/28, 1990.

3. Полупроводниковые оптоэлектронные приборы: Справочник/ Иванов В.И., Аксенов А.И., Юшин А.М. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 489 с.

Изобретение относится к области теплового неразрушающего контроля силовой электротехники, в частности тиристоров тиристорных преобразователей, и предназначено для своевременного выявления дефектных тиристоров, используемых в тиристорных преобразователях, без вывода изделия в целом в специальный контрольный режим. Технический результат: повышение надежности, достигается за счет контроля и прогнозирования изменения разности между фактической температурой структуры тиристора и полученной с помощью его эквивалентной модели. 1 ил.

Устройство диагностирования тиристорного преобразователя, содержащее измерительно-вычислительный комплекс, отличающееся тем, что измерительно-вычислительный комплекс выполнен в виде микроконтроллера, входы которого соединены с датчиком измерения температуры корпуса тиристора, датчиком измерения температуры радиатора, датчиком измерения температуры окружающей среды, датчиком величины напряжения на тиристоре, датчиком силы тока через тиристор, датчиком величины напряжения на управляющем электроде, датчиком силы тока в цепи управления тиристором, а выход микроконтроллера соединен с устройством индикации, при этом с помощью микроконтроллера определяется фактическая температура тиристора, отклонение фактической температуры тиристора от эквивалентной, вычисленной с помощью модели, сравнивается полученное отклонение с критическим значением, по результатам сравнения определяют интервал времени, в течение которого сохранится работоспособное состояние тиристорного преобразователя или вероятность сохранения работоспособности тиристорного преобразователя на заданный интервал времени.