СПОСОБ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ Российский патент 1999 года по МПК G01R31/27 G01R31/28 

Изобретение относится к области теплового неразрушающего контроля силовой электротехники, в частности тиристоров тиристорных преобразователей.

Известны способы оценки технического состояния изделий электронной техники путем последовательного поэлементного сканирования их поверхности. В результате последовательного анализа сигналов, получаемых от каждого элемента поверхности, или после получения всей картины теплового поля, делается вывод о качестве данного изделия [1]. Недостатком данного способа является низкая производительность. Кроме того, в связи с большим количеством контролируемых элементов в аппаратуре, способ затруднительно использовать в процессе ее эксплуатации.

Существует способ оценки технического состояния техники путем сравнения излучения со всей поверхности контролируемого изделия с излучением исправного изделия. В результате, изделие относят либо к классу "годен", либо к классу "не годен" [2]. Недостатком указанного способа является низкая достоверность разбраковки. В результате, в число годных попадает значительное число потенциально ненадежных изделий, имеющих скрытые дефекты.

Наиболее близким к изобретению автор считает способ диагностирования изделий электронной техники по инфракрасному излучению [3]. Способ заключается в измерении сигнала со всей поверхности контролируемого изделия и сравнении его с эталонным. При этом выявляются приборы, имеющие участки перегревов и недогревов. Так же как и в предыдущем случае, контролируемые приборы относят либо к классу "годен", либо к классу "не годен". Однако в связи с необходимостью стационарного оборудования инфракрасного диагностирования использовать указанный способ при эксплуатации тиристоров невозможно. Кроме того, часть скрытых дефектов не проявляет себя при производственных испытаниях. Поэтому указанный способ не позволяет выявить все дефектные приборы даже в начальный этап эксплуатации. В итоге, часть дефектных тиристоров эксплуатируется в тиристорных преобразователях.

При воздействии на тиристоры эксплуатационных нагрузок и внешних факторов создаются условия, в которых скрытые дефекты ускоряют физико-химические процессы в его структуре. В результате возникают новые дефекты, что приводит к отказам указанных приборов и выходу из строя преобразователя в целом.

Задачей предлагаемого изобретения - своевременное выявление дефектных тиристоров на этапе их эксплуатации в тиристорных преобразователях при рабочих нагрузках, т.е. без вывода изделия в специальный контрольный режим.

Указанная цель достигается за счет контроля и прогнозирования характера изменения разности температур (разностной температуры) между фактической температурой структуры тиристора и полученной с помощью эквивалентной модели. Такая модель позволяет отслеживать как изменение состояния полупроводниковой структуры, так и характер изменения окружающей среды. Исходными данными для эквивалентной модели являются мощность рассеивания на тиристоре, температура структуры тиристора, температура окружающей среды, тепловые параметры тиристора. Тиристор считается вышедшим из строя, если разностная температура достигает критического значения, определенного исходя из условий эксплуатации тиристорного преобразователя.

В соответствии с предлагаемым способом адекватность эквивалентной модели тепловым процессам, протекающим в тиристоре, достигается за счет адаптации модели. Адаптация осуществляется от момента начала работы тиристора до окончания тепловых переходных процессов. В результате определяются структурные коэффициенты модели для,каждого конкретного тиристора и эквивалентная модель описывает тепловое поле исправного тиристора, а система тиристор-модель отслеживает изменение показателей теплового поля диагностируемого прибора.

Затем в ходе работы тиристорного преобразователя осуществляют измерение фактической температуры тиристора. Кроме того, измеряют температуру корпуса тиристора, температуру радиатора, температуру окружающей среды, напряжение на тиристоре, ток, протекающий через тиристор, напряжение на управляющем электроде, ток протекающий в цепи управления. Полученные данные подставляются в эквивалентную модель. Далее происходит сравнение фактической температуры структуры тиристора и полученной с помощью эквивалентной модели. Затем определяются характер и скорость изменения получаемой разностной температуры. Это позволяет не только оценить техническое состояние тиристора в данный момент, но и предсказать (спрогнозировать) его изменение на некоторый интервал времени вперед.

Реализация предлагаемого способа требует практического определения температуры структуры тиристора, температуры корпуса тиристора, температуры окружающей среды, мощности рассеиваемой на тиристоре. Для проведения перечисленных измерений существуют известные и надежные способы, которые позволяют проводить оценку показателей при эксплуатации тиристоров в рабочих режимах.

В настоящее время имеются в наличии датчики напряжения с возрастающей характеристикой, датчики тока на основе преобразователя Холла, датчики температуры на основе термопреобразователя сопротивления.

Обработка результатов измерений, реализация алгоритма работы способа (адаптация эквивалентной модели, сравнение текущего значения температуры структуры тиристора с эталонным, оценка и прогнозирование характера изменения разностной температуры, определение времени выхода тиристора из строя, оповещение обслуживающего персонала) возможна с помощью специального микроконтроллера.

При практической проверке предлагаемого способа выявлено:
- достоверность диагностирования - 0.8;
- точность прогнозирования изменения разностной температуры 2 градуса по шкале Цельсия при шаге прогнозирования 10 часов.

Таким образом, предлагаемый способ диагностирования тиристорного преобразователя позволяет своевременно выявлять дефектные тиристоры при эксплуатации их при рабочих нагрузках, что позволяет поддерживать надежность преобразователя на требуемом уровне.

Источники информации:
1. Авторское свидетельство СССР N 346596, кл. G 01 J 5/12, 1972 г.

2. Авторское свидетельство СССР N 534127, кл. G 01 R 29/00, 1979 г.

3. Авторское свидетельство СССР N 707402, кл. G 01 J 5/00, 1981 г.

Изобретение относится к области диагностирования силовой электротехники, в частности тиристорных преобразователей, и предназначено для поддержания надежности тиристорного преобразователя на требуемом уровне и своевременного выявления дефектных тиристоров, используемых в тиристорных преобразователях, без вывода последних в специальный контрольный режим. Технический результат - повышение надежности преобразователя - достигается за счет прогнозирования времени выхода из строя тиристоров, имеющих скрытые дефекты. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ диагностирования тиристорного преобразователя, заключающийся в измерении температуры структуры контролируемого тиристора и сравнении его с эталонной температурой, отличающийся тем, что в ходе работы тиристорного преобразователя измеряют температуру корпуса тиристора, температуру радиатора, температуру окружающей среды, напряжение на тиристоре, ток, протекающий через тиристор, напряжение на управляющем электроде, ток, протекающий в цепи управления, полученные данные подставляют в эквивалентную модель и сравнивают фактическую температуру структуры тиристора и полученную с помощью эквивалентной модели, определяют характер и скорость изменения полученной разности температур, оценивают техническое состояние тиристора в каждый контролируемый момент. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что прогнозирование времени выхода из строя тиристоров преобразователя производится по скорости изменения разностной температуры между фактической температурой структуры тиристора и полученной с помощью эквивалентной модели.