Тиристорный преобразователь Советский патент 1985 года по МПК H02M7/515 

го преобразователя, выход которого подключён к входу контроля тока утечки микропроцессора, управляющие входы ключей первой группы тиристоров синфазных плеч тирксторного моста соединены с входом блока вьщеления измеряемого параметра второй группы тиристоров синфазных плеч, а управляющие входы ключей второй группы тиристоров синфазных плеч тиристорного моста соединены с входом блока выделения измеряемого параметра первой группы тиристоров синфазных плеч тиристорного моста.

2. Преобразователь по п. 1, от личающийся тем,, что блок вьщеления измеряемого параметра содержит два одновибратора, дифференцирующую RC-цепь и диод, причем одновибраторы соединены между собой через дифференцирующую RC-цепь, резистор которой зашунтирован диодом.

1. ТИРИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий тиристорный мост со встречно-параллельными диодами, одна диагональ которого образована: последовательно соединенными коммутирующими конденсатором и дросселем, а другая - последовательно соединенными защитным дросселем, разделительным конденсатором и клеммами для подключения нагрузки и подключена через входной дроссель к клеммам для подключения источника питания, блок управления и защиты, канал контроля прямого падения напряжения на тиристорах, включающий в себя датчики напряжения, подключенные параллельно тиристорам, и аналого-цифровой преобразователь, входами через ключи подключенный к выходам датчиков напряжения, а выходом подключенный к входу контроля прямого падения напряжения микропроцессора, выходы которого соединены с входом индикатора и входом блока управления и защиты, о тличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы и выявления потенциально ненадежных тиристоров за счет прогнозирования выхода их из строя, он снабжен блоками выделения измеряемого параметра первой и второй групп тиристоров синфазных плеч тиристорного моста, каналом контроля тока тиристоров, включающим в себя датчики тока, ключи и аналого-цифровой преобразователь, каналом контроля тока утечки тиристоров, включающим в себя датчики тока, ключи и аналого-цифровой преобразователь, блок умножения и деления, причем датчики тока канала контроля тока тиристоров включены в анодные цепи тиристоров противофазных плеч тиристорного моста, выходы указанных датчиков тока через соответствующие ключи соединены с входами соответствующего аналого-цифрового преобразователя, выходы аналого-цифровых преобразователей каналов контроля прямого падения напряжения на тиристорах и тока тиристоров подОЭ ключены к входам блока умножения и 4 СО СО деления, выход которого подключен к входу контроля мощности потерь микропроцессора, управляющие входы ключей каналов контроля прямого падения напряжения и тока первой и второй Ьрупп тиристоров синфазных плеч тиристорного моста соединены с выходами блоков вьщеления измеряемого параметра первой и второй групп тиристоров синфазных плеч тиристорного моста, датчики тока канала контроля тока утечки тиристоров включены в анодные цепи тиристоров, выходы указанных датчиков тока через соответствующие ключи соединены с входами соответствующего аналого-цифрово

Изобретение относится к преобраз вательной технике и может быть использовано при создании источников питания электротермических установо Известен тйристорный преобразова тель, содержащий мост, основные тиристоры которого зашунтированы резервными тиристорами и диодами обра ного тока, и блок управления, включающий в себя последовательно соеди неИные между собой задающий генератор и формирователь импульсов, выхо которого связан с раг.престелителем импульсов для управления .основными тиристорами моста, причем между выводами переменного тока этого моста включены последовательно соединенные коммутирующие конденсатор и дро сель, один вывод постоянного тока моста подключен через токоограничи(вающий дроссель к одному силовому входному выводу, через фильтро. вьй конденсатор - к одному выходному выводу, а другие силовой входной и выходной выводы образованы другим выводом постоянного тока инверторного моста, пороговьй элемент датчики обратного тока, включенные в цепи основных тиристоров, выходы которых подсоединены через блок выделения сигнала, пропорционального обратному току, к пороговому элемен ту, дополнительные ключи и дополнительный распределитель импульсов управления резервными тиристорами, причем формирователь импульсов свои выходом через дополнительные ключи подключен к основному и дополни,тельному распределителям импульсов. а управляющие входы этих ключей подключены к входу порогового элемента С 1 . Недостатками данного преобразователя являются сложность системы измерения и вьщеления обратного тока тиристоров, а также невозможность прогнозировать состояние тиристоров, что не позволяет выявлять потенциально ненадежные, снижая надежность работы преобразователя. Наиболее близким к предлагаемому является тйристорный преобразователь содержащий тйристорный мост с встречно-параллельными диодами, одна диагональ которого образована последовательно соединенными коммутирующими конденсатором и дросселем, а другая последовательно соединенными защитным дросселем, разделительным конденсатором и клеммами для подключения нагрузки и подключена через входной дроссель к клеммам для подключения источника питания, блок управления и защиты, канал контроля прямого падения напряжения на тиристорах, включающий в себя датчики напряжения, подключенные параллельно -тиристорам, и аналого-цифровой преобразователь, входами через ключи подключенный к выходам датчиков напряжения, а выходом - к входу контроля прямого падения напряжения микропроцессора, выходы которого соединены с входами индикатора и блока управления и защиты (23. Основным интегральным критерием ; состояния силовых тиристоров является температура полупроводниковой структуры. Однако температуру структуры 311 тиристора работающего преобразователя измерить непосредственно трудно, и обычно ее оценивают косвенно с помощью уермочувствительных параметров, легка поддающихся измерению в условиях эксп- луатации. В данной схеме преобразователя в качестве термочувствительного параметра использовано прямое падение напряжения на. тиристорах, которое само по себе не является интегральным критерием их состояния и поэтому не обеспечивает достаточную надежность прогнозирования их работоспособности, а значит и выявления потенциально ненадежных, и их заблаговременную замену, что снижает надежность работы преобразователя в целом. Для обеспечения высокой надежности работы преобразователя необходимо иметь информацию о возможно большем количестве термочувствительных параметров , что позволит заблаговременно заменить те тиристоры, которые в процессе работы изменили свои параметры и достигли критических величин

Цель изобретения - повьшение надежности работы и выявление потенциально ненадежных тиристоров за счет прогнозирования выхода их из строя.

Поставленная цель достигается тем что тиристорньй преобразователь, содержащий тиристорный мост со встречно-параллельными диодами, одна диагональ которого образована после- довательно соединенными коммутирующими конденсатором и дросселем, а другая - последовательно соединенными защитным дросселем, разделительным конденсатором и клеммами для подключения нагрузки и подключена через входной дроссель к клеммам дли подключения источника питания, блок управления и защиты, канал контроля прямого падения напряжения на тиристорах, включаюпшй в себя датчики напряжения, подключенные параллельно тиристорам, аналого-цифровой преобразователь, входами через ключи подключенный к выходам датчиков напряжения, а выходом подключенный к входу контроля прямого падения напряжения микропроцессора, выходы которого соединены с входом индикатора и входом блока управления и защиты, снабжен блоками вьщеления измеряемого параметра первой и второй групп тиристоров синфазных плеч тиристорплеч тиристорного моста соединены с выходами блоков выделения измеряемого параметра первой и йторой групп тиристоров синфазных плеч ТИРИСТОР.НОго моста, датчики тока канала контроля тока утечки тиристоров включены в анодные цепи тиристоров, выходы указанных датчиков тока через соответствующие ключи соединены с входами соответствующего аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к входу контроля, тока утечки микропроцессора, управляющие входы ключей первой7группы тиристоров синфазных плеч тиристорного моста соединены с входом блока выделения измеряемого параметра второй группы тиристоров синфазных плеч, ja управляющие входы ключей второй группы тиристоров синфазных плеч тиристорного моста соединены с входом блока выделения измеряемого параметра первой группы тиристоров синфазных плеч тиристорного моста.

Кроме того, блок выделения измеряемого параметра содержит два одновибратора, дифференцирующую КС-цепь и диод, причем одновибратбры соединены между собой через дифференцирующую КС-цепь, резистор которой зашунтирован диодом.

На фиг. 1 приведена электрическая схема тиристорного преобразователя; 7 ного моста, каналом контроля тока тиристоров, включающим в себя датчики тока,.ключи и аналого-цифровой преобразователь, каналом контроля тока утечки тиристоров, включающим в себя датчики тока, ключи и аналого-цифровой преобразователь, блок умножения и деления, причем датчики тока канала контроля тока тиристоров {включены в анодные цепи тиристоров противофазных плеч тиристорного моста, выходы указанных датчиков тока через соответствующие ключи соединены с входами соответствующего аналого-цифрового преобразователя, выходы аналого-цифровых преобразователей каналов контроля прямого падения напряжения на тиристорах и тока тиристоров подключены к входам блока умножения и деления, выход которого подключен к входу контроля мощности потерь микропроцессора, управляющие входы ключей каналов контроля прямого падения напряжения и тока первой и второй групп тиристоров синфазных

51134997

на фиг. 2 - схема реализации устройства выделения измеряемого параметра; на фиг, 3 - диаграммы, поясняющие принцип действия преобразователя. Тиристорньм преобразователь содер- 5 жит тиристорный мост - тиристоры 1, 2, 3 и 4 с встречно-параллельными диодами 5,6,7 и 8, одна диагональ которого образована последовательно соединенными коммутирующими конден.сатором 9 и дросселем 10, а другая последовательно соединенными защитным дросселем 11, разделительным конденсатором 12 и нагрузкой 13 и подключена через входной дроссель 14 jc источнику 15 питания, блок 16 управления и защиты, канал контроля прямого падения напряжения на тирист.орах 1-4, образованный датчиками 17 20 напряжения, подключенными параллельно тиристорам 1-4, аналого-цифро вым преобразователем 21, микропроцес сором 22, индикатором 23, причем вхо ды аналого-цифрового преобразователя 21 соединены через ключи 24-27 с датчиками 17-20 напряжения, а выходы связаны с входами микропроцессора 22, выходы последнего соединены с индикатором 23 и блоком 16 управле ния и защиты, блоки .28 и 29 выделения измеряемого параметра первой 1,3 и второй 2,4 групп тиристоров синфазны плеч тиристорного моста и дополнительные каналы контроля тока тиристоров 1-4 и их тока утечки, при этом 35 канал контроля тока тиристоров 1-4 состоит из датчиков 30 и 31 тока, введенных в анодные цепи тиристоров 4,3 противофазных плеч тиристорного моста, выходы которых через клю-40 чи 32 и 33 связаны с входами анолого цифрового преобразователя 34, а выходы аналого-цифровых преобразователей 21 и 34 каналов контроля прямого падения напряжения на тиристорах 1-4 и тока тиристоров 1-4 подключены к блоку 35 умножения и деления, выход которого связан с входом микропроц.ессора1 22, а управляющие входы ключей 24,25; 26, 27; 33,32 каналов контроля прямого падения напряжения и тока первой 1,3 и второй 2,4 групп тиристоров 1-4 синфазных плеч тиристорного моста соединены с выходами блоков 28 и 29 вьщеления измеряемого параметра первой 1,3 и второй 2j4 групп тиристоров синфазных плеч (24,25; 33-28; 26,27; 32-29). Канал

контроля тока утечки тиристоров 1-4 содержит датчики 36-39 тока, включен-., ные в анопные цепи тиристоров , выходы которых через ключи 40-43 связаны с входами аналого-цифрового преобразователя 44., выход которого подключен к входу микропроцессора 22, а управляющие входы ключей 40,41 первой группы тиристоров 1,3 синфазных плеч тиристорного моста соединены с блоком 29 выделения измеряемого параметра второй группы тиристоров 2, 4 синфазных плеч. Управляющие входы ключей 42, 43 второй группы тиристоров 2,4 синфазных плеч соединены с блоком 28 вьиеления измеряемого параметра первой группы тиристоров 1,3 синфазных плеч тиристорного моста. Блок 28 (29) вьщеления измеряемо- . го параметра образован двумя одно вибраторами 45 и 46, связанными между собой через дифференцирующую КС-цепочку 47, 48, резистор 47, который зашунтирован диодом 49. На фиг. 3 обозначены 28 2 4 2Э отпирающие импульсы тиристоров 1,3; 2,4, запускающие блоки вьщеления измеряемого параметра 28, 29; i.,j - ток нагрузки 13; U напряжение на тиристорах 1,3; напряжение на тиристорах 2,4; - ток тиристоров 1,3; 1,4 тиристоров 2,4; 45(28) напряжение на выходе одновибратора 45 блока 28 вьщеления измеряемого параметра; 1), .- напряжение на выходе RC-цепочки 47, 48 блока 28; U(28) пряжение на выходе одновибратора 46 блока 28; ,2gj - напряжение на выходе одновибратора 45- блока 29 выделения измеряемого параметра; напряжение на выходе RC-цепочки 47, 48 блока 29; 4.(231 напряжение на выходе одновибратора 46 блока 29, Тиристорный преобразователь в квазиустановившемся режиме работает следующим образом. Пусть разделительный конденсатор 12 нормально заряжен до напряжения источника 15 питания через входной дроссель 14, защитный дроссель 11 и нагрузку 13. И пусть коммутирующий конденсатор 9 имеет полярность напряжения, указанную на фиг. 1. Блок 16 управления и защиты вьщает отпирающие импульсы i (фиг. За) на тиристоры 1,3, и начинается процесс перезаряда коммутирующего конденсатора 9. После того, как напряжение на конденсаторе 9 станет выше напряжения источника 15 питания и ка бельньш ток тиристоров 1,3 (фиг. Зд) пройдет через нуль, они выключаются, и тогда через нагрузку 13 начинает протекать ток в обратном направлении (фиг. 36), благодаря включившимся диодам 5,7. Как только коммутирующий конденсатор 9 разрядится до напряжения, меньшего напряжения источника 15, диоды 5 и 7 также выключаются. Далее аналогично работают тиристо ры 2,4, их включают импульсами is,2 4 (фиг. За,е), а после их выключениядиоды 6,8, и процесс повторяется. Напряжения U , и Uj на тиристорах 1,3 и 2,4 показаны на фиг.3в,г Характерным видом отказа- тиристор ных преобразователей является выход из строя силовых тиристоров. Поэтому для повышения надежности преобразова телей в процессе эксплуатации целесо образно знать техническое состояние каждого из тиристоров и уметь прогно зировать его. Это позволяет своевременно определить наличие потенциально ненадежных тиристоров в преобразователе, произвести замену и тем самым предотвратить возможный отказ. Основным интегральным критерием состояния силовых тиристоров является температура полупроводниковой структуры. Однако температуру структуры тиристора работающего преобразователя измерить непосредственно трудно, обычно ее оценивают косвенно с помощью термочувствительных параметров тиристора, легко поддающихся измерению .в условиях эксплуа, тации. Для обеспечения высокой надежности работы преобразователя необходимо 45 ков иметь информацию о возможно большем количестве термочувствительных параметров, поэтому с целью повьшениянадежности и своевременного выявления потенциально ненадежных тиристоров в предлагаемом преобразователе, контролируют прямое падение напряжения на тиристорах 1 - 4; прямой ток тиристоров 1-4, который перемножается с помощью устройства 35 умножения и деления, получая важный термочувствительный параметр - мощность потерь; ток утечки тиристоров 1-4. В соответствии с этим схема тнристорного гфеобразователя имеет три канала контроля: прямого падения напряжения на тиристорах; прямого тока тиристоров (мощности потерь); тока утечки тиристоров. В схему П15еобразователя входят два важных элемента - блоки 28 и 29 вьщеления .измеряемого параметра, основное назначение.которых обеспечивать аналого-цифровые преобразователи 21, 34, 44 и микропроцессор 22 достоверной информацией для анализа работы тиристоров 1-4. Для достижения этой цели каждый из блоков 28 и 29 (фиг.2 образован двумя одновибраторами 45 и 46, связанными между собой посредством дифференцирующей ,епочки 47, 48, резистор,47 которой зашунтирован диодом 49,что позволяет получить длительность импульсов на выходе блока 28 (29) вьщеления измеряемого параметра, управляющих ключами 2Д-27; 32,33; 40-43, меньше рабочего полупериода (фиг. Зж-м) и измерять не переходный процесс включения тиристоров 1-4, а достоверные данные о прямом падении напряжения, прямом токе и токе утечки этих тиристоров. Каналы контроля работают след то1Д1 м образом. При работе канала контроля прямого падения напряжения на тиристорах 2--4 блок 16 управления и запгиты одновременно подает отпирающие импульсы включение тиристоров 1,3.и запускает блок 28 выделения измеряемого папаметра. По окончании переходного процесса включения тиристоров 1,3 блок 28 вьшает сигнал (фиг. Зи) и на включение ключей 24,25. При этом прямое падение напряжения тиристоров 1,3 (фиг. Зв) подается с помощью датчи17 и 19 через ключи 24 и 25 на вход аналого-цифрового преобразователя 21, который преобразует их в коды, управляющие микропроцессором 22. Аналогично работает канал контроля при включении очередных тиристоров 2,4. В этом случае включается блок 29 вьщеления измеряемого параметра, запускающий ключи 26, 27, и прямое падение напряжения на тиристорах 2,4 (фиг. Зг) подается с по мощью датчиков 18,20 через ключи 26, 27 на вход аналого-цифрового преобра91зователя 21, который преобразует их в коды, управляющие микропроцессором 22. Канал контроля тока тиристоров 14 (мощности потерь) работает следующим образом. Бло5 16 управления и защиты одновременно подает отпирающие импульсы на включение тиристоров. 1,3 и запускает блок 28 выделения измеряемого параметра (фиг. За). По окончании переходного процесса включения тирис торов 1,3 блок 28 включает ключ 33 и сигнал, пропорциональный току тиристоров 1,3 с датчика 31 тока через ключ 33 поступает на вход аналогоцифрового преобразователя 34. Коды с аналого-цифровых преобразователей 21 и 34 подаются на блок 35 умно .жения и деления, д перемножаются и поступают на вход микропроцес сора 22, управляя им. Аналогично работает канал контрол при включении очередных тиристоров 2, 4, только в этом случае включается блок 29, запускающий ключ 32, и сигнал снимается с датчика 30 тока Канал контроля тока утечки тиристоров 1-4 работает следующим образом Так как ток утечки туристоров это ток, протекающий через тиристор при разомкнутой цепи управления и при приложении к нему напряжения в прямом направлении, одновременно с включением тиристоров 1,3 и запуском блока 28 вьщеления измеряемого параметра по истечении переходного процесса включения тиристоров . блок 28 включает ключи 42, 43. Сигна лы, пропорциональные току утечки тиристоров 2 и 4 с датчиков 37 и 39 тока через ключи 42. 43, поступают на вход аналого-цифрового преобразователя 44, который преобразует их в коды, управляющие микропроцессором 22. Аналогично работает канал контроля при включении очередных тиристоров 2, 4. Отличие заключается в том, что блок 29 включает ключи 40, 41 и сигнал, пропорциональный току утеч ки тиристоров 1, 3, поступает с датчиков 36,. 38 тока через ключи 40, 41 на тот же аналого-цифровой преобразо ватель 44. В память микропроцессора 22 После довательно через каждые 100 ч работы преобразователя заносятся значения 97 измеряемых параметров тиристоров 1-4: ли - прямое падение напряжения; йр - мощность потерь, i -то-к-ут&чктл.Прогнозирование текнического сЪстояния каждого из тиристоров осуществляется по замерам параметров, полученным при последовательных измерениях с интервалом ч. Исходной информацией для индивидуального прогнозирования служат три матрицы замеров параметров порядка 4хп : /UP,,P, N РзИРз2- Рзп Р., УТ 11 NT 12 Т 21 ST 22 УТ31 VT32-VT 3i :(T4iST42-Здель 4U.J. прямое падение напряже-. ния на i-M тиристоре в j-й момент времени; мощность потерь в i-м тиристоре в j-й момент времени; ток утечки в i-м тиристоре в j-й момент времени. Первые столбцы всех трех матриц могут быть получены по результатам входного контроля тиристоров перед их установкой в преобразователь. Номер строки в каждой матрице равен порядковому номеру тиристора, причем последний соответствует номеру, указанному на панели силовой схемы преобразователя . Количество столбцов во всех трех матрицах одинаково и соответствует числу замеров параметров, хранящихся в памяти микропроцессора 22. Для того, чтобы можно было сравнить значения этих имеющих разные разности параметров, их нужно привести к абсолютным размерным единицам. С этой целью в программе микропррцессора 22 все значения параметров ди, Лр,1 преобразуются и для упрощения программы обозначаются следующим образом:

ц2 ITST ij

(51

.

ST 3 up -4Pij )( - .4 Г 4P ,-4и„,„ ;, -i-i NT VT m«x :(T min ДР ЛРтосх- Рт1п . из всех физически возможных. Л U, Переход от размерных величин к безразмерным осуществляется в мик ропроцессоре 22 последовательно в реальном масштабе времени по мере постзшления замеров параметров, так что в его памяти хранятся только ма рицы . е II j Ti ijll ,4 ,e 1,2,3. Значения ди, i идр заносятс в память микропроцессора 22 предвар тельно. Для более точного прогноза программа микропроцессора 22 предусмат ривает определение приращений всех трех параметров для каждого тиристо ра за все предыдущие межконтрольные интервалы времени Т по формуле д е .е ,е. (si i,i+i м В результате подучаем три матри приращений порядка 4x(n-1)J .x4h v.i f II i 1,4 , в 1,2.3 , По алгоритму, аналогичному выра нию (4), для каждого тиристора 1-4 прогнозируется среднее значение вс трех параметров х, х, х к будущ контрольному времени t j, t +( в с ветствии с формулами «(1-)4.и. 4 - РЧ i:,. («:rir . Ь ч / 2 е 2 .(.Х..-ЛХ,,) . , После осуществления прогноза для безразмерных параметров , хЗ программа микропроцессора 22 делает пересчет прогноза по формулам, обратным к (2) - (4), и получаются прогнозируемые средние значения прямого падения напряжения.-1.ц.(ди) , тока утечки М. (i) и мощности потерь М;(лр). Далее проверяется для каждого тиристора 1-4, попадается ли точка M|(,sU), ) . ) в допустимую область Ядо ля дан ного типа тиристоров. Если для тиристора (м,.(ди), M.(i,), м.(4р)е,„, то микропроцессор 22 выдает сигнал на индикатор 23 Заменить тиристор Ni, предупреждая тем самым о воз-, можности отказа преобразователя в следующие часов эксплуатаг ции. Если же при непрерывном контроле параметров йП, iy Р фиксируется значение хотя бы одного из них, равное максимально допустимому для данного типа тиристоров, то микропроцессор 22 вьщает сигнал на блок 16 управления и защиты, который выключает преобразователь. Таким образом, контролируя состояние тиристоров преобразователя с помощью предложенной системы, удается предотвратить аварийную ситуацию, которая имеет тяжелые последствия в тех случаях, когда преобразователь является источником питания установок ответственных, дорогостоящих и уникальных технологических процессов, таких как вакуумная плавка металлов и спецсплавов, литьё алюминия в электромагнитный кристаллизатор, что существенно повьщгает надежность работы преобразователя и сокращает производственные потери., Кроме того, благодаря выявлению по13113499714

теницально ненадежных тиристоров в процессе работы. Изобретение может и заблаговременной их замены удается быть применено и в других типах преисключить отключение преобразователя образователей.

Фи1.1

23(29)