Датчик неисправности тиристора Советский патент 1992 года по МПК H02H7/10 

b

Фиг.1

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в устройствах зйщиты, диагностики и управления тиристорными преобразователями.

Известен датчик неисправности тири- стора, содержащий пороговый элемент, вы- полненный на транзисторе, источник постоянного напряжения, положительный вывод которого предназначен для подключения к вводу контролируемого тиристора, отрицательным выводом подсоединенной к эмиттеру транзистора, развязывающий блок, одним входным вывбдом подсоединенный к коллектору транзистора, другим - к положительному выводу источника посто- янного напряжения, разделительный диод, подсоединенный катодом к базе транзистора, анодом - к одному выводу ограничительного резистора, другой вывод которого предназначен для подключения к катоду контролируемого тиристора.

К недостаткам известного устройства следует отнести низкую надежность работы при высоком уровне напряжения на контролируемом тиристоре, большие потери в ог- раничительном резисторе и ограниченные функциональные возможности. Первый недостаток обусловлен тем, что при выключенном состоянии контролируемого тиристора и прямом напряжении на его выводах к переходу эмиттер-база транзистора и включенному последовательно с ним разделительному диоду прикладывается разность напряжений на тиристоре и источника питания датчика. При высоком уровне напряжения, а также в результате выбросов напряжения в процессе коммутации возникают условия, приводящие к выходу из строя указанных полупроводниковых элементов датчика.

Высокий уровень потерь в известном устройстве определяется тем, что при при- пожении к контролируемому тиристору обратного напряжения (например, в процессе жесткой коммутации), когда к тиристору прикладывается обратное напряжение (UR) на время выключения tg, ток через датчик протекает по цепи: плюс обратного напряжения UR на катоде тиристора, высокоомный ограничи- тельный резистор, разделительный диод, переход база-эмиттер транзистора, минус источника питания датчика, плюс источника питания, минус обратного напряжения UR на аноде тиристора Ограничить данный ток посредством увеличения сопротивления ограничительного резистора возможно лишь до определенного уровня, поскольку максимальная величина омического сопротивления резистора ограничивается из условия обеспечения рабочего тока базы транзистора при заданной величине напряжения источника питания датчика. В результате этого на ограничительном резисторе при приложении высокого уровня обратного напряжения к контролируемому тиристору имеют место значительные потери энергии. Выбор же резистора необходимой мощности приводит в свою очередь к ухудшению массогабаритных показателей устройства.

Ограниченные функциональные возможности устройства обусловлены одинаковыми показаниями датчика при включении и неисправном (сквозной пробой p-n-перехода) состоянии тиристора. Это связано с тем, что входное сопротивление датчика, определяемое сопротивлением высокоомного ограничительного резистора, значительно превышает сопротивление p-n-перехода контролируемого тиристора в открытом состоянии. Также к функциональным недостаткам датчика следует Отнести его лЪжное срабатывание при обратном напряжении на контролируемом тиристоре, происходящем вследствие включения транзистора датчика базовым током, протекающим по контуру: плюс обратного напряжения на катоде тиристора, ограничительный резистор, разделительный диод, переход база-эмиттер транзистора, минус источника питания датчика, плюс источника питания, минус обратного напряжения на аноде тиристора.

Известен также датчик неисправности тиристора - прототип, содержащий первый и второй резисторы, предназначенные для подключения к аноду и катоду контролируемого тиристора, стабилитрон, подключенный своими выводами к другим выводам указанных резисторов развязывающий блок, выполненный в виде однофазного трансформатора, первичная обмотка которого подсоединена к выводам стабилитрона, компаратор, подключенный одним входным выводом к выходному выводу развязывающего блока, другим входным выводом подсоединенный к нулю, при этом выход компаратора подключается к логическому устройству.

Общими признаками известного устройства-прототипа и заяйляемого объекта изобретения являются два высокоомных резистора, предназначенные для подключения одними своими выводами подсоединенные к аноду и катоду контролируемого тиристора, стабилитрон, подсоединенный своими выводами к соответствующим вы- jjpflaM высокоомных резисторов, развязывающий блок, подключенный входными выводами к выводам стабилитрона, компаратор, подключенный к выходу развязывающего блока.

Недостатком устройства-прототипа являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что данное устройство одинаково реагирует на включенное и неисправное состояние контролируемого тиристора. Это вызвано тем, что по мере возрастания величины рабочего напряжения на тиристоре увеличивается требуемое сопротивление резисторов, подсоединенных к его аноду и катоду, чтобы.с одной стороны, уменьшить потери в этих резисторах, и с Другой - обеспечить требуемый ток стабилизации стабилитрона. Когда контролируемый тиристор находится в открытом состоянии, падение напряжения на нем составляет 1,5 - 2 В, вследствие чего не обеспечивается ток стабилизации стабилитрона, и это напряжение практически полностью падает на высокоомных резисторах, вследствие чего на вход развязывающего устройства подается практически нулевое напряжение. Такое же напряжение подается на вход развязывающего блока в случае неисправного состояния тиристора (пробитого р-п- перехода). В результате, при выходе из строя тиристора, с выхода датчика снимается сигнал, идентичный сигналу с датчика при включенном состоянии тиристора.

Другим недостатком устройства - прототипа является недостаточная надежность работы, обусловленная тем, что в случае выхода из строя стабилитрона или нарушения электрической связи между выводом первичной обмотки трансформатора и выводом и стабилитрона высокое напряжение, приложенное к первичной обмотке, транспортируется во вторичную обмотку И прикладывается к элементам датчика и логического устройства, вследствие чего возможен их выход из строя.

Целью предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей и повышения надежности устройства, путем отличия включенного и неисправного состояний контролируемого тиристора.

Поставленная цель достигается тем, что с целью расширения функциональных возможностей и повышения надежности в него дополнительно введены третий резистор, дополнительный источник питания и блок сигнализации неисправности тиристора, причем третий резистор одним выводом подсоединен к выводу стабилитрона, а другим выводом к нулевому выводу компаратора и отрицательному выводу дополнительного источника питания, положительный вывод которого предназначен для подключения к катоду контролируемого тиристора,

при этом компаратор входами подключен к соответствующим выводам стабилитрона, а выходом подключен ко входу развязывающего блока, выходами подключенного к блоку сигнализации неисправности тиристора.

Дополнительный источник питания выполнен в виде потенциально развязанного от контролируемого тиристора формирователя импульсного напряжения, нормированного по величине и длительности

совпадающего по времени с моментом подачи импульса управления на контролируемый тиристор.

Развязывающий блок выполнен в виде опто элёктронной пары.

При выборе оптопары по величине требуемой электрической прочности изоляции между первичными цепями датчика и элементами блока сигнализации обеспечивается надежная потенциальная развязка, .что

приводит к повышению надежности устройства.

Введение дополнительного резистора, подключенного одним выводом к общей точке соединения выводов стабилитрона компаратора и резистора, предназначенного для подключения к катоду контролируемого тиристора, а другим - к общей точке соединения нулевого вывода компаратора и отрицательного вывода дополнительного

источника питания, позволяет подать на указанный вход компаратора выбранное напряжение уставки, которое снимается с выхода делителя напряжения, образованного резистором, предназначенным для

подключения к катоду и введенным дополнительным резистором, причем на вход делителя подается напряжение дополнительного источника питания.

Введение в предлагаемое изобретение

в качестве дополнительного источника питания источника импульсного напряжения, формирующего импульс напряжения, совпадающий во времени с импульсом управления контролируемого тиристора,

позволяет исключить ложное срабатывание датчика при подключении к контролируемому тиристору обратного тиристора, например, в силовой цепи преобразователя частоты.

При снятии импульса управления контролируемого тиристора, дополнительный источник питания выдает нулевое напряжение. Вследствие того, что одновременная подача импульсов управления на прямой

и обратный тиристор, как правило, не допускается, то исключается и срабатывание датчика при включении обратного тиристора.

При анализе известных технических решений, признаков, сходных с отличитель- ными признаками заявляемого объекта изобретения, не обнаружено, следовательно, предлагаемое техническое решение обладает существенными отличиями.

На фиг. 1 и 2 приведена принципиаль- ная схема предлагаемого устройства.

Устройство на фиг. 1 содержит силовые шины 1 и 2, подключенные к контролируемому тиристору 3 и обратному тиристор 4, основные резисторы 5, 6, подсоединенные к выводам тиристора 3, стабилитрон 7, подсоединенный своими выводами к соответствующим выводам резисторов 5, 6, дополнительный резистор 8, дополнительный источник питания 9, выводы стабилитрона 7 и резистора 8 подключаются к выводам 11, 12, 13 компаратора 14, подключенного выходными выводами 15 и 16 ко входу развязывающего блока 17, выходные выводы которого соединяются с блок сигнализации неисправности тиристора 18.

Устройство работает следующим образом.

В случае выключенного состояния контролируемого тиристора 3 напряжение на входах 11 и 12 компаратора 14 ограничивается высокоомными резисторами 5, 6 и стабилитроном 7.

При этом если к контролируемому тиристору прикладывается прямое напряжение ток от источника анодного напряжения протекает по цепи: плюс (анод тиристора), резистор 5, стабилитрон 7, резистор 6, минус (катод тиристора). Вследствие этого напряжение между входами 11 и 12 компаратора 14, подсоединенными к выводам стабилитрона 7, ограничивается на уровне напряже- ния стабилизации данного стабилитрона. Аналогично происходит ограничение меж- входового напряжения компаратора при приложении обратного напряжения. При этом в обоих указанных случаях датчик неисправности находится в исходном состоянии, при котором в блок сигнализации поступает сигнал об исправном состоянии контролируемого тиристора.

В случае неисправности (пробой р-п-пе- рехода) контролируемого тиристора ток от дополнительного источника питания протекает по цепи: плюс источника 9, тиристор 3, резистор 5, компаратор 14, минус источника 9. При этом на входе 11 компаратора появляется напряжение, величина которого определяется величиной напряжения дополнительного источника 9 за вычетом падения напряжения на резисторе 5. Напряжение на входе 11 компаратора 14 превышает уставку напряжения на входе 12 (Ууст

п

Ug R6 -fRs) Компаратор переключается в другое состояние и с выхода развязывающего блока 16 снимается сигнал, показывающий срабатывание датчика неисправности, т.е. выход контролируемого тиристора из строя.

При включении обратного тиристора в момент подачи на него импульса управления отсутствует сигнал управления на включение дополнительного источника питания, вследствие чего на входе компаратора отсутствует сигнал на переключение и соответственно в блоке сигнализации отсутствует сигнал о неисправном состоянии контролируемого тиристора.

При включении тиристора 3 на вход подается сигнал управления, в результате чего на выводах источника питания появляется импульс напряжения и датчик осуществляет проверку исправности тиристора.

Таким образом, по сравнению с устройством-прототипом предлагаемое устройство позволяет отличить включенное и неисправное состояние тиристора, а также исключить ложное срабатывание датчика при включении обратного тиристора, что расширяет его функциональные возможности.

Источник питания 9 может быть выполнен в виде устройства, показанного на фиг. 2. Здесь импульсы управления на транзисторы источника 9 поступают с устройства 19, предназначенного для согласования импульсного напряжения управления тиристором 3 (Ug) и импульсных напряжений управления транзисторами источника 9. При этом импульсы управления на данные транзисторы поступают в противофазе.

Датчик неисправности тиристора, реализованный на макете тиристорного преобразователя частоты были использованы: в качестве компаратора - микросхема К554САЗ, в качестве развязывающего устройства - оптодиодная пара АОД130А.

Формула изобретения

1. Датчик неисправности тиристора, содержащий первый и второй резисторы, предназначенные для подключения одними выводами к аноду и катоду контролируемого тиристора, стабилитрон, подключенный своими выводами к другим выводам указанных резисторов, развязывающий блок и

компаратор, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения надежности, в него введены третий резистор, дополнительный источник питания и блок сигнализации неисправности тиристора, причем третий резистор одним выводом подсоединен к выводу стабилитрона, а другим выводом - к нулевому выводу компаратора и отрицательному выводу дополнительного источника питания, положительный вывод которого предназначен для подключения к катоду контролируемого тиристора, при этом компаратор входами подключен к соответствующим выводам стабилитрона, а выходом

0

5

подключен к входу развязывающего блока, выходами подключенного к блоку сигнали- зации неисправности тиристора.|

2.Датчик поп. 1,отличающийся; тем, что дополнительный источник питания выполнен в виде потенциально развязанного от контролируемого тиристора формирователя импульсного напряжения, нормированного по величине и длительности и совпадающего по времени с моментом подачи импульса управления на контролируемый тиристор.

3.Датчик по п. 1,отличающийся тем, что развязывающий блок выполнен в виде оптоэлектронной пары.

Сущность изобретения: устройство содержит: силовые шины 1 и 2, подключенные к контролируемому тиристору 3 и обратному тиристору 4, основные резисторы 5, 6, подсоединенные к выводам тиристора 3, стабилитрон 7, подсоединенные к выводам тиристора 3, стабилитрон 7, подсоединенный своими выводами к соответствующим выводам резисторов 5, 6, дополнительный резистор 8, дополнительный источник питания 9, выводы стабилитрона 7 и резистора 8 подключаются к выводам 11, 12, 13 компаратора 14, подключенного выходными выводами 15 и 16 ко входу развязывающего блока 17, выходные выводы которого соединяются с системой сигнализации неисправности тиристора. Устройство позволяет отличить включенное и неисправное состояние тиристора, а также исключить ложное срабатывание датчика при включении обратного тиристора. 1 ил. И

Фиг. г