Устройство для контроля исправности силовых тиристоров вентильного преобразователя Советский патент 1992 года по МПК H02H7/12 

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может найти применение при контроле исправности силовых тиристоров вентильных преобразователей, выполненных на последовательно и параллельно включенных силовых полупроводниковых вентилях.

Известно устройство для контроля исправности полупроводникового преобразователя, выполненного на п управляемых вентилях, шунтированных демпфирующими цепочками, состоящими из включенных последовательно резистора и конденсатора, содержащее трансформатор, вторичная обмотка которого подключена к входу релейного элемента, элементы памяти, задержки и совпадения, генератор импульсов, распределитель импульсов, элемент ИЛИ, а также элементы совпадения и памяти в количестве соответственно п-1 и п, при этом трансформатор снабжен п первичными обмотками, каждая из которых предназначена для включения последовательно в демпфирующую цепочку соотвествующего вентиля, причем выход релейного элемента соединен с первым входом (п+1)-го элемента совпадения, выход каждого из которых соединен с соответствующим элементом сигнализации и через элемент ИЛИ с исполнительным элементом, выход генератора

4 СЛ 00 О О

импульсов подключен к входу распределителя импульсов и через элемент задержки подключен к второму входу (п+1)-го элемента совпадения, причем выходы распределителя импульсов, соединенные с вторыми входами соответствующих элементов совпадения, предназначены для подключения к управляющим входам соответствующих вентилей преобразователей.

Это устройство позволяет определять наличие неисправности вентилей.

Недостатком этого устройства является относительная сложность.

Кроме того, данное устройство не позволяет определять конкретный вид неисправности тиристоров (обрыв анод - катод, обрыв управляющего Р - N-перехода, зако- ротка знод - катод и управляющего Р - N-перехода), снижение класса вентилей и фактический (действительный) класс полупроводниковых силовых вентилей преобразователя.

Снижение класса тиристоров до недопустимого предела может приводить к аварийным процессам в силовых цепях преобразователя.

Известно устройство для контроля состояния тиристоров трехфазного мостового преобразования, содержащее датчики тока тиристоров, датчик тока нагрузки, трехвхо- довой элемент И, второй элемент ЗАПРЕТ, второй двухвходовый элемент И, три шунта, второй элемент задержки, элемент И-НЕ и три элемента И. «И, первый и второй элементы развязки, входы которых предназначены для подключения к управляющим переходам соответственно контролируемого тиристора и тиоистора следующей по порядку коммутации фазы той же группы вентилей, а выход первого элемен ia развязки подключен к входу первого элемента задержки и инверсному входу первого элемента ЗАПРЕТ, формирователь коротких импульсов, выходом подключенный к первому входу триггера, второй вход которого подключен к выходу второго элемента развязки, з инвер сный --ibixoA триггера подключен к первому входу пепвого двухвходового элемен га .. второй йход которого подключен к выходу первого элемента задержки, а чыходы первого двухвходового элемента Л м lepcoit, элемента ЗАПРЕТ подключены к гоответст- вующмм входам блока индилации, причем вход каждого датчика тока подключен к шунту, предназначенному для включения между фазным выводом источника переменного напряжения и соответствующим фазным выводом преобразователя, один выход датчика тока, наличие сигнала на котором соответствует прямому направлению

тока в контролируемом тиристоре, объединен с первым входом трехводового элемента И, с входом формирователя коротких импульсов и одним входом элемента ИЛИ,

второй выход датчика тока, наличие сигнала на котором соответствует обратному направлению тока в контролируемом тиристоре, объединен с прямым входом второго элемента ЗАПРЕТ и первым входом второго

двухвходового элемента И, s также вторым входом упомянутого элемента ИЛИ, второй вход трехвходового элемента И соединен с инверсным входом второго элемента ЗАПРЕТ и с выходом датчика тока нагрузки,

третий вход трехвходового элемента И объединен с входом второго элемента задержки и выходом элемента И-НЕ, входы которого подключены к выходам элементов ИЛИ, выход трехвходового элемента И соединен с прямым входом первого элемента ЗАПРЕТ, а выход второго элемента задержки-с вторым входом второго двухвходового элемен га И, выход которого и выход второго элемента ЗАПРЕТ подключены к соответствующим входам блока индикации.

В указанном устройстве 1-й и 2-й элементы развязки соединены соответственно с управляющим переходом контролируемого тирист ора и следующего за ним по порядку коммутации, элемент ЗАПРЕТ, элементы И-НЕ и ИЛИ, три датчика тока в фазах питающего напряжения сети (ДС) и датчик тока нагрузки (Ј И) вырабатывают информацию об обра t ном пробое контрсли

руемого тиристора, подключают ее О с выхода ДН и 1 с вы у с да ДС. Элементы И-НЕ м ИЛИ пред чзначеиы для устранение лож- чого сигнала при прямом пробое тиристора одной из фаз, когда or не работает, а проис

ходит обратный пробой ,межного с ним ти рисгора этой же фазы, Если тиристор имеет неисправность типа обрыва, то при поступлении управляющего импульса ток через него не протекает и логическая схема выдает

сигнал о неисправности типа обрыв. При контроле состояния тиристора 2-й группы зе пгилей емводы ДС по назначению меня- местами, т.е. наличие сигнала на верх- иьм выходе соответствует прямому

направлению тока в контролируемом тиристоре, а на нижнем - обратному. Наличие четырех выходов на каждом ДС позволяет обеспечить выведение их сигналов на блок индикации и отключение и за счет этого

определить вид неисправности после отключения преобразователя за счет этих же сигналов.

Однако указанное устройство не позволяет определять короткое земыкаьие или

обрыв управляющего Р - N-перехода тиристора.

Кроме того, устройство не позволяет определять снижение класса вентилей и фактический (действительный) класс полупроводниковых силовых вентилей преобразователя.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением, является устройство для контроля исправности силовых тиристоров вентильного преобразователя, состоящего из последовательно и параллельно включенных тиристоров, содержащее регулируемый источник напряжения, первый узел сигнализации, переключатель, вход которого связан с выходом регулируемого источника напряжения, а выход соединен с высоковольтным щупом, предназначенным для подключения к контролируемому тиристору, второй узел сигнализации, включенный параллельно выходу регулируемого источника напряжения, первый и второй резисторы.

Это устройство позволяет производить проверку исправности последовательно и параллельно включенных силовых вентилей и RC-контуров без демонтажа силовой части преобразователя

Недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает контроль управляемых вентилей (их обрыв, обрыв или короткое замыкание в цепи управляющего Р - N-перехода). При проверке исправности конкретных вентилей требуются специальные трансформаторы с разъемными сердеч- никами, ограничивающими доступ к проверяемым вентилям и другим элементам силовой схемы преобразователя.

Кроме того, это устройство имеет сравнительно небольшую мощность контрольных импульсов устройства. Скорость контроля небольшая из-за плохого доступа к отдельным вентилям.

Устройство также не позволяет контролировать класс различных типов вентилей (как управляемых, так и неуправляемых) и снижение класса вентилей в процессе эксплуатации (из-за старения, перегрева, прохождения больших импульсов тока и т.д.).

Общий недостаток всех известных устройств для контроля исправности силовых тиристоров вентильного преобразователя заключается в том, что они не контролируют снижения класса тиристоров до недопустимого предела, ч го является причиной многих аварийных процессов в силовых цепях преобразователей.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для контроля исправности силовых тиристоров вентильного преобразователя, состоящего из последовательно и параллельно включенных тиристоров, содержащее регулируемый источник напряжения, первый узел сигнализации, переключатель, вход которого связан с выходом регулируемого источника напряже0 ния, а выход соединен с высоковольтным щупом, предназначенным для подключения к контролируемому тиристору, второй узел сигнализации, включенный параллельно выходу регулируемого источника напряже5 ния, первый и второй резисторы, введены третий узел сигнализации, тиристорный ключ, форсировочный ключ, низковольтный щуп, генератор сигналов управления и катушка индуктивности, помещенная в поло0 вине броневого сердечника, причем тиристорный ключ через первый резистор, форсировочный ключ и переключатель подключен к выходу регулируемого источника напряжения, выход генератора сигна5 лов управления подключен к входу управления тиристорного ключа, а другой его выход подключен к низковольтному щупу, первый узел сигнализации одним входом через первый и второй резисторы и тиристорный ключ

0 связан с. одним выходом регулируемого источника напряжения, а другим входом соединен непосредственно с другим его выходом, третий узел сигнализации через второй резистор подключен параллельно

5 форсировочному ключу, а катушка индуктивности подключена к управляющему входу второго узла сигнализации.

На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема устройства; на

0 фиг.2 - схема силового моста преобразователя.

Устройство для контроля исправности силовых тиристоров вентильного преобразователя содержит регулируемый источник

5 1 напряжения, который через выключатель 2 подключен к однофазной питающей сети () и состоит из понижающего трансформатора 3, одна вторичная обмотка которого соединена со стабилизированным

0 источником 4 питания, зашунтированным последовательно соединенными потенциометром 5 и резистором 6, причем между регулируемым контактом потенциометра 5 и общей шиной включен индикатор-указа5 тель 7 уровня напряжения преобразователя 8, на выходе которого подключен зарядный конденсатор 9.

Узел 10 сигнализации включен параллельно выходу регулируемого источника 1 напряжения. Устройство содержит также генератор 11 сигналов управления, состоящий из стабилизированного источника 12 питания, подключенного входом к другой вторичной обмотке понижающего трансформатора 3 и через низкочастотный генератор 13 и транзисторный усилитель 14 связанного с первичной обмоткой импульсного трансформатора 15, начало первой вто- ричной обмотки которого через диод, включенный в прямом направлении, подключено к управляющему Р - N-переходу тиристорного ключа 16, катод которого через резисторы 17 и 18 связан с узлами 19 и 20 сигнализации. Катод тиристорного ключа 16 через резистор 17 связан также с форси- ровочным ключом 21, а анод тиристорного ключа 16 соединен с одной обкладкой зарядного конденсатора 9 и через ограничивающий резистор с катодами диодного моста преобразователя 8. Другая обкладка зарядного конденсатора 9 соединена с анодами диодов указанного моста и с катодом тиратрона узла 19 сигнализации. На выходе устройства установлен переключатель 22, позволяющий изменять полярность выходного напряжения, подводимого к высоковольтному щупу 23, а низковольтный щуп 24 подключен к второй вторичной обмотке импульсного трансформатора 15. Катушка 25 индуктивности входит в состав узла 10 сигнализации.

Устройство работает следующим образом.

Включая выключатель 2, на схему устройства подают переменное питающее напряжение Uc сети. Потенциометром 5 с помощью индикатора-указателя 7 устанавливают необходимое напряжение, соответствующее тому или иному классу проверяемого вентиля. Это же напряжение подается и на преобразователь 8, который переходит в автоколебательный режим. С его выхода снимается переменное прямоугольное напряжение с частотой 10-15 кГц, которое выпрямляется диодным мостом, формирующим постоянное напряжение с амплитудой, соответствующей классу проверяемого вентиля. Это напряжение используется для заряда зарядного конденсатора 9 и питания тиратрона узла 10 сигнализации и тиратронов узлов 19 и 20 сигнализации. Частота разряда конденсатора 9 определяется частотой генератора 13, основным элементом которого является од- нопереходной транзистор и RC-цепь, определяющая частоту следования выходных импульсов. Выходные импульсы генератора 13 с частотой 1-2 Гц (независимо от выходного напряжения регулируемого источника 4) после усиления транзисторным усилителем 14 подаются на импульсный трансформатор 15, с первичной обмотки которого снимаются импульсы, открывающие тиристор 16, после чего напряжение зарядного

конденсатора 9 прикладывается через резисторы 17 и 18 к тиратронам узлов 19 и 20 сигнализации, а также к высоковольтному щупу 23 (после включения переключателя 22). С помощью узлов 10, 19 и 20 и индикатора-указателя 7 можно визуально определять характер любого вида неисправностей и класс (и снижение класса) практически любых типов вентилей (как управляемых, так и неуправляемых).

Устройство позволяет определять все виды неисправностей как неуправляемых, так и управляемых вентилей без демонтажа силовой части преобразователя. При этом не нужно иметь специальных разъемных

трансформаторов. Например, при проверке исправности параллельно соединенных вентилей порядок проверки может быть следующий.

Силовая схема преобразователя обесточиваегся, затем зажимы высоковольтного щупа 23 прикладываются к одному из параллельно соединенных вентилей (один вывод + щупа - к катоду вентиля, а вывод - щупа - к его аноду), после чего выключатель 2 и переключатель 22 устанавливаются в рабочее положение, потенциометром 5 устанавливается напряжение, соответствующее примерно двойному значению напряжения питающей сети.

Если все проверяемые вентиля исправны, то обратное сопротивление вентилей ве- лико и большая часть напряжения конденсатора, шунтирующего тиратрон узла 19, прикладывается к указанному тиратрону, который загорается, а после включения тиристора 16 он гаснет. При этом частота загорания и гашения этого тиратрона определяется частотой генератора 13. Мигание с частотой следования импульсов низкочастотного генератора 13 свидетельствует о том, что асе вентиля, включенные в параллель, исправны.

При наличии в проверяемой группе

(плече силового моста) одного или нескольких поврежденных вентилей мигает тиратрон узла 20, так как через неисправный вентиль в момент открытия тиристора 16 протекает импульсный ток, который создает

падение напряжения на резисторах 17 и 18, включенных в цепи катода тиристора 16. Тиратрон узла 19 в этот момент гаснет, потому что зашунтирован малым сопротивлением пробитого силового вентиля.

Полярность выходных импульсов напряжения на выводах щупа можно изменять переключателем 22.

Резистор в сеточной цепи тиратрона узла 20 определяет величину сеточного тока, необходимого для запирания указанного тиратрона в случае исправности проверяемых вентилей.

Для определения конкретного пробитого вентиля в плече тиристорного моста без предварительного демонтажа моста служит узел 10, который содержит катушку 25 индуктивности, экранированную снизу и с боков (такая экранировка может быть выполнена половиной броневого феррито- вого рердечника). Верхняя часть катушки 25 индуктивности покрыта изоляционным материалом, но не экранирована. Катушка может перемещаться и подноситься или прикладываться неэкранированной частью непосредственно к проверяемому вентилю (шине) или другому проверяемому узлу.

В случае наличия тока в вентиле (шине) или в проверяемом узле на катушке 25 узла 10 сигнализации наводится ЭДС, вызывающая зажигание тиратрона узла 10. Питание тиратрона осуществляется от напряжения, накопленного на конденсаторе, шунтирующего этот тиратрон. С помощью резистора, установленного в анодной цепи тиратрона узла 10 добиваются заданной чувствительности узла 10 (сигнализации исправности конкретного вентиля), необходимой для данного типа силовых вентилей преобразователя.

Для увеличения импульсного тока, протекающего через неисправный вентиль, используется форсировочный ключ 21, который связан с катодом тиристора 16 через резистор 17, обеспечивающий ограничение тока, протекающего через тиристор 16 и проверяемый вентиль преобразователя.

После проверки отсутствия короткого замыкания в вентилях определяют наличие в них обрывов и коротких замыканий в управляющих Р - N-переходах вентилей, для чего к управляющему переходу конкретного вентиля подсоединяется вторая вторичная обмотка импульсного трансформатора 15 с использованием низковольтного щупа 24, при этом начало этой обмотки подключается к управляющему Р - N-переходу проверяемого тиристора, а конец - к его катоду.

Включая выключатель 2, подают питание на схему устройства контроля. Подносят катушку 25 узла 10 сигнализации к проверяемому вентилю. При этом, если мигает тиратрон узла 10, то тиристор исправен, если не мигает, то пробит или оборван

управляющий Р - N-переход или оборван сам вентиль.

Проверка класса тиристоров силовой схемы преобразователя осуществляется следующим образом.

Схема устройства рассчитана на проверку силовых диодов и управляемых вентилей практически любого класса.

Когда силовая часть тиристорного преобразователя подключена к питающей сети 220 или 380 В, учитывая, что вентили к ним выбирают обычно минимум на удвоенное напряжение питающей сети, получаем требуемые классы соответственно для этого

случая.

Для сети 220 В могут быть применены вентили пятого класса, а для сети 380 В - восьмого класса.

Практически в преобразовательной технике используются вентили до 30 класса, поэтому введенный индикатор-указатель 7 рассчитан до 30 класса.

В качестве индикатора-указателя 7 в данном случае используется вольтметр, который отградуирован в классах вентилей (в данном случае от 1 до 30 класса). Коэффициент усиления выходного трансформатора преобразователя 8 равен 100, поэтому соответственно значение 1 К на шкале прибора

соответствует выходному напряжению преобразователя 100 В; 2К - 200 В и т.д.

Перед проверкой обесточивается силовая схема преобразователя (напряжения UA, Us и Uc снимаются).

К аноду проверяемого вентиля прикладывается вывод + высоковольтного щупа 23, а к катоду - вывод - этого щупа. На выходе преобразователя 8 с помощью потенциометра 5 и индикатора-указателя 7 устанавливается напряжение, соответствующее классу проверяемого вентиля.

Переключатель 22 устанавливают в рабочее положение. В этот момент к вентилю прикладывается импульс напряжения с заданной амплитудой и частотой 1-2 Гц. Если при приложении к вентилю этого импульса он открывается без управляющего сигнала, то это говорит о потере класса данного вентиля, при этом мигает тиратрон узла 20.

При потере класса вентиль ведет себя

как обычный неуправляемый вентиль, что

может приводит к аварийным режимам при

работе тиристорного преобразователя.

Отличие предлагаемого устройства от

известных заключается в том. что оно позволяет установить, какой класс имеет вентиль в настоящий момент времени, без демонтажа силовой части преобразователя, что резко повышает производительность контроля

и надежность силовой части преобразователя.

Потеря класса вентиля определяется аналогично. Плавно повышается выходное напряжение преобразователя 8 до тех пор, пока не начнет мигать тиратрон узла 19. При этом индикатор-указатель 7 показывает уровень выходного напряжения преобразователя 8 и, следовательно, действительный класс вентиля. Если его значение ниже предельно допустимого, то указанный вентиль необходимо заменить, чтобы исключить аварийные процессы в силовых цепях преобразователя.

Устройство для контроля силовых тиристоров вентильного преобразователя в сравнении с известными техническими решениями позволяет обеспечить контроль класса практически любых типов силовых вентилей без демонтажа силовой чести преобразователя.

Это дает возможность не устанавливать вентили с заведомо завышенным классом, достигается значительное снижение стоимости силовой части преобразователи и, следовательно, всего электропривода в целом.

Кроме того, устройство позволяет выявить и все другие виды неисправностей силовых вентилей. Однако в отличие от известного устройства оно более универсально, так как позволяет осуществлять кон- троль как управляемых, так и неуправляемых вентилей.

Преимуществом предлагаемого технического решения является и то, что оно позволяет выявить конкретный неисправный вентиль в группе параллельно или последовательно соединенных вентилей при любой конструкции охлаждающих радиаторов или силовых шин силовой части преобразователя благодаря тому, что оно не требует специальных трансформаторов с разъемными

сердечниками, например, в виде громоздких токоизмерительных клещей, Формула изобретения Устройство для контроля исправности

силовых тиристоров вентильного преобразователя, состоящего из последовательно и параллельно включенных тиристоров, содержащее регулируемый источник напряжения, первый узел сигнализации,

переключатель, вход которого соединен с выходом регулируемого источника напряжения, а выход соединен с высоковольтным щупом, предназначенным для подключения к контролируемому тиристору, второй узел

сигнализации, подключенный параллельно выходу регулируемого источника питания, первый и второй резисторы, отличающ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, око снабжено

третьим узлом сигнализации, тиристорным ключом, форсировочным ключом, низковольтным щупом, генератором сигналов управления и катушкой индуктивности, помещенной в половине броневого сердечника, причем тиристорный ключ через первый резистор, форсировочный ключ и переключатель подключен к выходу регулируемого источника напряжения, один выход генератора сигналов управления соединен

с входом управления тиристорного ключа, а другой его выход подключен к низковольтному щупу, первый узел сигнализации одним входом через первый и второй резисторы и тиристорный ключ соединен с

одним выходом регулируемого источника напряжения, а другим входом соединен непосредственно с другим его выходом третий узел сигнализации через второй резистор подключен параллельно форсировочному ключу, а катушка индуктивности соединена с управляющим входом второго узла сигнализации,

N

7П

XJJф Г Г

§

1J b..

Изобретение позволяет ускорить обнаружение всех видов неисправностей различных типов вентилей преобразователя за счет того, что устройство дополнительно снабжено индикатором-указателем выходного напряжения преобразователя, дополнительным регулируемым стабилизированным источником питания, низкочастотным генератором, транзисторным усилителем, импульсным трансформатором, узлом сигнализации наличия неисправности, N вентилями, форсирозсчным ключом и низковольтным щупом. Кроме того, изобретение позволяет расширить функциональные возможности, так как дает возможность определять класс практически всех типов вентилей без демонтажа силовой части преобразователя, что позволяет исключить аварийные процессы, возникающие при хаотическом открытии его вентилей (при потере класса вентиль может открываться без управляющего сигнала). 2 ил. (Л С

1

I

.J

Сило&к/ #б/лрямЈ/темю/й

AfOC/77

Фиг.1