СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ТРЕХФАЗНОГО ТИРИСТОРНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ Российский патент 2007 года по МПК G01R31/02 

Изобретение относится к области силовой электроники, в частности к способам диагностирования тиристорных преобразователей.

Известен способ диагностики полупроводниковых выпрямителей, основанный на анализе параметров, полученных от датчиков, подключенных непосредственно к полупроводниковому прибору (Осипов О.И. Техническое диагностирование автоматизированного электропривода постоянного тока: дисс. док. техн. наук: 05.09.03. - М: МЭИ, 1994. - 373 с.). Сущность такого способа диагностики заключается в следующем. В процессе нормальной работы преобразователя с помощью специальных контрольно-измерительных устройств производят регистрацию его параметров. Например, для однофазного однополупериодного выпрямителя: напряжение на вторичной обмотке трансформатора; напряжение на тиристоре; ток нагрузки; ток на управляющем электроде тиристора. Полученные кривые мгновенных значений контролируемых параметров выражают в виде логических диаграмм. Для этого используют логические переменные, описание которых делают в соответствии с кривыми мгновенных значений контролируемых параметров и условиями нормальной работы преобразователя. Далее преобразователь представляют в виде логической схемы, входными параметрами которой являются указанные выше логические переменные. На основании такой схемы разрабатываются алгоритмы поиска мест отказа в работе преобразователя.

Недостатком рассмотренного способа диагностики является большое количество контролируемых параметров.

Известен также способ бесконтактного определения технического состояния тиристоров выпрямителя (Патент РФ №2185632, "Устройство бесконтактного определения технического состояния тиристоров источника питания", кл. G01R 19/145, 2002). Сущность способа заключается в измерении кинетики внешнего магнитного поля индукционных элементов в питающей цепи выпрямителя (трансформаторы, дроссели сглаживающих и заградительных фильтров и т.д.). На основании анализа информации, полученной с датчика, делают заключение о техническом состоянии выпрямителя. Отклонение поля от нормального значения свидетельствует о нарушении работы преобразователя.

Технический результат - определение работоспособности тиристоров выпрямительного моста.

Недостатком данного способа является невозможность конкретно указать место неисправности.

Техническим результатом предлагаемого способа является определение ветви с дефектом, определение конкретного дефектного плеча моста при любом числе дефектных плеч и определение асимметрии углов управления тиристорами.

Технический результат достигается тем, что в способе диагностики трехфазного тиристорного выпрямителя, основанном на регистрации сигналов, пропорциональных фазным токам выпрямителя, от датчиков тока, установленных в каждой фазе питающей сети, согласно изобретению регистрируют кривые мгновенных значений фазных токов выпрямителя, поступающих от датчиков тока, задают положительные направления фазных токов, направленных от точек соединения двух плеч ветвей моста к средней точке вторичной обмотки питающего трансформатора, определяют соответствие заданного направления с реальными направлениями, совпадение с реальными направлениями соответствует положительным значениям тока полупериода и проводимости тиристоров анодной группы, несовпадение - отрицательным значениям тока полупериода и проводимости тиристоров катодной группы, затем сравнивают первые гармоники фазных токов между собой и по наименьшей амплитуде первой гармоники тока в одной из фаз определяют ветвь с дефектом, а по форме кривой фазного тока определяют конкретное дефектное плечо моста. Для определения угла управления каждого тиристора дополнительно регистрируют кривую мгновенных значений напряжения, поступающего с датчика напряжения, установленного в выходной цепи выпрямителя, проводят совместный анализ кривых мгновенных значений фазных токов и выходного напряжения и определяют линейные напряжения на каждом участке кривой выходного напряжения, затем определяют угол управления каждого тиристора и по отличию углов управления от заданного значения определяют асимметрию углов управления тиристорами.

Заявляемое решение поясняется чертежами.

На фиг.1 представлена функциональная схема сигналов для обработки.

На фиг.2 представлена эквивалентная схема трехфазного тиристорного выпрямителя с активно-индуктивной нагрузкой.

На фиг.3-5 показаны кривые мгновенных значений фазных токов и их спектры гармоник при отказе в работе вентиля Т1 выпрямителя при заданных значениях углов управления α_1...6=0°.

На фиг.6-9 показаны кривые мгновенных значений фазных токов и выходного напряжения трехфазного мостового управляемого выпрямителя при заданных значениях углов управления α_2...6=30° и угле аномального импульса α₁=0°.

Регистрация данных для обработки поясняется фиг.1. В каждую фазу питающей трехфазной сети тиристорного выпрямителя 1 устанавливается датчик тока 2, на выходе преобразователя устанавливается датчик выходного напряжения 3, сигналы с датчиков тока и напряжения заводятся на приемник 4, с приемника 4 обработанный сигнал поступает на блок хранения и визуализации 5. В качестве приемника 4 может быть использована микроЭВМ промышленного исполнения, например CPU686E фирмы Fastwel, в качестве блока 5 может быть использована персональная ЭВМ стандартной комплектации, связь устройств 4 и 5 может быть осуществлена посредством стандартного протокола сетевого обмена.

Определение дефектного плеча моста рассмотрим на примере, когда при заданных значениях углов управления тиристорами Т1...Т6 α_1...6=0° на управляющий электрод одного тиристора, например Т1 (фиг.2), не приходит импульс управления.

Зададим положительные направления фазных токов. Положительные направления токов фазы совпадают с направлениями от точек a^|, b^|, c^| соответственно к точкам а, b, с. Отрицательные - имеют противоположные направления от точек а, b, с к точкам a^|, b^|, c^|. При размыкании ключа К, что соответствует отказу в работе плеча с тиристором Т1, протекание тока фазы "а" (фиг.3) возможно только в одном направлении, от точки а^| к точке a, т.е. кривая тока фазы "а" будет иметь форму однополярного импульса. В остальных фазах (фиг.4, 5) токи могут менять свой знак, но их форма, как и форма тока фазы "а", будет отлична от формы токов при нормальном режиме работы преобразователя. Это повлечет за собой изменение гармонического состава в кривых фазных токов. Причем амплитуда основной гармоники (50 Гц) тока фазы "а" будет меньше, чем амплитуды основной гармоники остальных фаз. При известном составе гармоник тока фазы "а", подключенной непосредственно к плечу с тиристором Т1, в сравнении с гармоническим составом токов остальных фаз и учитывая положительное направление тока в фазе "а", можно определить, что неисправность наступила в плече с тиристором Т1. К такому выводу можно также прийти, сравнивая форму всех фазных токов. Аналогичным образом определяется отказ в работе любого плеча моста.

Для определения угла управления каждого тиристора проводится совместный анализ кривых мгновенных значений фазных токов (фиг.6, 7, 8) и выходного напряжения (фиг.9). В качестве примера рассмотрим случай, когда при заданных значениях углов управления тиристорами Т2, Т3, Т4, Т5, Т6 α_2...6=30° на один тиристор, например Т1 (фиг.2), попадает аномальный импульс с углом управления α₁=0°.

Зададим положительные направления фазных токов. Положительные направления токов фазы совпадают с направлениями от точек a^|, b^|, c^| соответственно к точкам а, b, с. Отрицательные - имеют противоположные направления от точек а, b, с к точкам a^|, b^|, c^|. В таком случае при рассмотрении кривых видно, что в промежутке времени υ₀÷υ₁ ток фазы "а" (фиг.6) равен нулю, ток фазы "b" (фиг.7) положителен и направлен от b^| к b, фазы "с" (фиг.8) отрицателен и направлен от с к с^|. При таких направлениях фазных токов ток выпрямителя может протекать лишь под воздействием линейного напряжения u_cb (фиг.9) по цепи c-c^|-T5-RL-T2-b^|-b через тиристоры Т5, Т2. В промежутке времени υ₁÷υ₂ ток фазы "а" имеет отрицательное значение и направлен от а к а^|, ток фазы "b" положителен и направлен от b^| к b, ток фазы "с" равен нулю. Это означает, что на рассматриваемом участке времени ток выпрямителя под воздействием линейного напряжения u_ab протекает через тиристоры Т1, Т2. При этом при υ=υ₁ тиристор Т1 вступает в работу с углом включения α₁=0°. В промежутке времени υ₂÷υ₃ ток фазы "а" имеет отрицательное значение и направлен от а к а^|, ток фазы "b" равен нулю, ток фазы "с" положителен и направлен от с^| к с. В результате под воздействием линейного напряжения u_ac ток выпрямителя будет протекать через тиристоры T1, T4. На этом участке в работу вступает тиристор Т4 с углом включения α₄>α₁ и т.д. Таким образом, из анализа кривой выходного напряжения видно, что тиристор T1 включается импульсом, значение угла которого отличается заданного значения углов управления, что говорит об асимметрии углов управления тиристорами.

Предлагаемый способ дает возможность определять ветвь с дефектом, определять конкретное дефектное плечо моста при любом числе дефектных плеч и определять асимметрию углов управления тиристорами. Это дает возможность своевременно выявлять нарушения в работе трехфазного тиристорного выпрямителя.

Изобретение относится к области силовой электроники, в частности к способам диагностирования трехфазного тиристорного выпрямителя. Технический результат - определение ветви с дефектом, определение конкретного дефектного плеча моста при любом числе дефектных плеч и определение асимметрии углов управления тиристорами. Сущность: регистрируют кривые мгновенных значений фазных токов выпрямителя, поступающих от датчиков тока. Задают положительные направления фазных токов, направленных от точек соединения двух плеч ветвей моста к средней точке вторичной обмотки питающего трансформатора. Определяют соответствие заданного направления с реальными направлениями. Совпадение с реальными направлениями соответствует положительным значениям тока полупериода и проводимости тиристоров анодной группы, несовпадение - отрицательным значениям тока полупериода и проводимости тиристоров катодной группы. Сравнивают первые гармоники фазных токов между собой. По наименьшей амплитуде первой гармоники тока в одной из фаз определяют ветвь с дефектом. По форме кривой фазного тока определяют конкретное дефектное плечо моста. Для определения угла управления каждого тиристора дополнительно регистрируют кривую мгновенных значений напряжения, поступающего с датчика напряжения, установленного в выходной цепи выпрямителя. Проводят совместный анализ кривых мгновенных значений фазных токов выходного напряжения и определяют линейные напряжения на каждом участке кривой выходного напряжения. Определяют угол управления каждого тиристора. По отличию углов управления от заданного значения определяют асимметрию углов управления тиристорами. 1 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Способ диагностики трехфазного тиристорного выпрямителя, основанный на регистрации сигналов, пропорциональных фазным токам выпрямителя, от датчиков тока, установленных в каждой фазе питающей сети, отличающийся тем, что регистрируют кривые мгновенных значений фазных токов выпрямителя, поступающих от датчиков тока, задают положительные направления фазных токов, направленных от точек соединения двух плеч ветвей моста к средней точке вторичной обмотки питающего трансформатора, определяют соответствие заданного направления с реальными направлениями, совпадение с реальными направлениями соответствует положительным значениям тока полупериода и проводимости тиристоров анодной группы, несовпадение - отрицательным значениям тока полупериода и проводимости тиристоров катодной группы, затем сравнивают первые гармоники фазных токов между собой и по наименьшей амплитуде первой гармоники тока в одной из фаз определяют ветвь с дефектом, а по форме кривой фазного тока определяют конкретное дефектное плечо моста.2. Способ диагностики по п.1, отличающийся тем, что для определения угла управления каждого тиристора дополнительно регистрируют кривую мгновенных значений напряжения, поступающего с датчика напряжения, установленного в выходной цепи выпрямителя, проводят совместный анализ кривых мгновенных значений фазных токов и выходного напряжения и определяют линейные напряжения на каждом участке кривой выходного напряжения, затем определяют угол управления каждого тиристора и по отличию углов управления от заданного значения определяют асимметрию углов управления тиристорами.