Тиристорный преобразователь Советский патент 1982 года по МПК H02P13/18 H02M7/515 

1

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть испопь;ч зовано, Л1апример, при создании источнй- КОБ питания электротермических установок..

. Известен тиристорный преобразователь частоты, содержащий блок управления и защиты, дифференциальный датчик тока с двумя первичными обмотками и автономный инвертор, состоящий из преобразовательного моста на тиристорах, зашунти- , роваиных обратными диодами, причем в диагонали переменного тока моста вклк чены последовательно соединенные коммутирующие конденсатор и дроссель, выводы постоянного тока вентильных плеч моста связаны с выходными выводами, через разделительный конденсатор и защит1а.1й дроссель, а с вхадны1у1и - череэ фильтровой дроссель, при этом датчик гока включен последовательно с коммутирующим конденсатором, а первичные обмотки дифференциального датчика тока включены взаимно встречно-последорательно с соответствующими вентиль рыми плечами моста, а вторичные .обмотки обоих датчиков соединены со входом блока управления и защиты Cl,

Недостатками данного преобразователя является, во-первых, невозможность прогнозировать работоспособность тиристоров, а значит выявлять среди них потенциально ненадежные и осуществлять заблаговременно замену тиристоров, в процео10Се работы изменивщих свои параметры С2 и СЗ, которые достигают критических величин, что существенно снижает надежность работы. Во-вторых, с датчиков поступает сигнал на блок управления и

15 защиты тогда, когда произошел срыв ики вертирования.

. На1йолее близким по технической сущности к предлагаемому является тириоторный преобразователь частоты, содер20жащий блок управления и защиты и т ристорный мост со встречно-параллельными диодами, одна диагональ которого о&разована лоследовательно соединенными ксяуПйутнруюпшми конденсатором и дросс& Л0М, а другая - последовательно соедивеввымв разделительным койденсатором. эапштным дросселем и нагрузкой и подключена через входной дроссель к оточншу питания 4. Недостатки известного тиристорного преобразователя частоты - невозможност прогнозировать работоспособность тиристоров, а значит выявлять потенциально ненадежные и осушествлять заблаговременно замену тиристоров с критическими значениями параметров, что существенн снижает надежность работы. Отключение преобразователя имеет нежелательные по следствия в тех случаях, когда он является источником питания установок ответственных, дорогостоящих и уникальных технологических процессов, таких KiaK вакуумная плавка металлов, литье алюминия в электромагнитный кристаллизатор и других. Поэтому заёлаговреме шя замена тиристоров с критическими значениями параметров позволит существенно повысить надежность работы преобразователя и значительно сократить производственные потери. Целью изобретения является повышение надежности работы преобразователя за счет своевременного выявления потешгаально ненадежных тиристоров. Поставленная цель достигается тем, что тиристорный преобразователь, содержащий силовую часть, выполненную на тиристорах, а также блок управления и защиты, снабжен датчиками напряжения, подключенными параллельно тиристорам силовой части, аналого-цифровым преобразователем, микропроцессором, индикатором и одновибратором, пртмем вход оановибратора связан с выходом блока управления и защиты и с одним вз входов аналого-цифрового преобразователя, другие входы которого соединены через введенные ключи с упомянутыми датчика МИ напряжения, выходы аналого-цифровог преобразователя связаны со входами микропроцессора, а выходы последнего соеди нень с индикатором и блоком управления и защиты. В предлагаемой схеме резонансного типа повыщение надежности работы преобразователя досттпается за счет прогнозирования выхода из строя тиристоров. На фиг. 1 приведена электрическая схема тиристорного преобразователя чаототы; на фиг. 2 - временные диаграммы, пояс(шющие пришит действия преобразователя. Цифровые индексы при импульсах тока i и при напряжении U обозначают номер элемента или блока схемы, к которым они относятся. Тиристорный преобразователь частоты содержит блок 1 управления и защиты и тиристорный мост (тиристоры 2 - 5) со встречно-параллельными диодами 6 - 9, одна диагональ которого образована последовательно соединенными коммутирукьщими конденсатором 10 и дросселем 11, а другая - последовательно соединенными разделительным конденсатором 12, защитным &росселем 13 и нагрузкой 14 и . подключена через входной дроссель 15 к источнику 16 питания, датчики напряжения 17 - 20, подключенные параллельно тиристорам 2 - 5, ключи 21 - 24, аналого-цифровой преобразователь 25, микропроцессор 26, индикатор 27 и одно-, вибратор 28, причем вход одновибратора 28 связан с выходом блока 1 управления и защиты и с одним из входов аналого-цифрового преобразователя 25, другие входы которого соединены через ключи 21 - 24 с датчиками 17 - 20 напряжения, а выхода аналого-цифрового преобразователя 25 связаны со входами Микропроцессора 26, при этом выходы последнего соединены с индикатором 27 и блоком 1 управления и защиты. Тиристорный преобразователь частоты в квазиустановившемся режиме работает следующим образом. Пусть раздел ггельный конденсатор 12 нормально заряжен до напряжения источника 16 питания через входной дроссель 15, защитный дроссель 13 и нагрузку 14, И пусть коммутирующий конденсатор 10 имеет полярность напряжения, указанную на фиг. 1. Блок 1 управления и защиты выдает отпирающие импульсы тиристоры 2,4 и начйнается процесс перезаряда коммутирующего конденсатора 10. После того, как напряжение на конденсаторе 10 станет выще напряжения источника 16 питания и колебательный ток ти-. ристоров 2 и 4 пройдет через нуль, ойи выключаются и тогда, благодаря включи шимся диодам 6 и 8, через нагрузку 14 ток шчнет протекать в обратном направлении. Как только коммутирующий конденсатор 10 разрядится до напряжения, меньщего, ч&л напряжение источника 16 питания, диоды 6 и 8 также выключаются. Аналогично работают тиристоры 3 и 5 (их включают импульсами л g 3,5 после их выключения - диоды 7,9 и процесс повторяется. Напряжения -24 P 1oPв 2,4 и 3,5 показаны на фиг. 26, в. Характерным видом отказов тиристор ных преобразователей является выход вз строя силовых тиристоров. Поэтому, для повышения надежно9ти преобразователей в процессе эксплуатации целесообразно знать техническое состояние каждого из тиристоров и уметь прогнозировать его. Это позволит своевременно определить на личие 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 не посредственно трудно и обычно ее оценивают косвенно с помощью тервючувстви- тельных параметров тиристора, легко поддающихся измерению в условиях эксплу- атации. Поэтому, с целью повышения Надежности и своевременного выявления потенциально ненадежиых тиристоров в преобразователе контролируют прямое .падение напряжения на тиристорах 2 - 5. Для этого одновременно с, включением тиристоров 2 и 4 блок 1 управления н защиты подает сигнал на включение одновибратора 28, который запускает аналого-цифровой преобразователь 25 и включает 21 и 23. При этом прямое падение напряжения тиристоров 2 и 4 (фиг. 2) по дается с помощью датчиков 17 и 19 через ключи 21 и 23 на вход аналого-циф рового преобразователя 25, который преобразует их в коды, управляющие микропроцессором 26. Аналогично работает система контроля при включении очередных тиристоров . З и5. . , -.; V ;. Программа микропроцессора 26 состав лена таким образом (3), что в его память последовательно через каждые 100 часов работы преобразователя заносятся значения измеряемого -параметра .тириоторов 5,2,3,4 прямого падения напряжения. Прогнозирование технического состояния -тиристоров и определение потенциально ненадежных тиристоров производится по п 3 значениям параметра, поп ченным при последовательных измерениях с Г1нтервалом Т 100ч. При этом ио. ходнрй информацией служит так называвмая матрица состояний тиристоров порядка 4п1 , в которой записаны значения падения напряжения каждого из четырех тиристоров силовой схемы прео&.рааователя, измеренные в п моментов времени в процессе эксплуатации прео&разователя:пр«21 rnpld Праз пры праг npii пр42 пр43 пр57 пр5Ъ В матрице (1) первый столбец может быть получен по результатам входного контроля тиристоров перед ttix установкой . в преобразователь. Номер строки матрицы состояний равен порядковому номеру гаристора минус 1, Причем поспедтй с« отвеТствует номеру, указанному на павели сипОЕюй схемы преобразователя. Количестве столбцов в ма трйце соответствует числу замеров параметра, хранящихся в памяти микропропессора. В с ответствии с алгоритмом прогноёирования (3) програ1чша микропроцессора предуШатривает определение прира щений падения Напряжений на тиристорах за интёрвага времени С по np.ij .ij np.i.jВ результате получаем матрицу прираще(п-1) ний торядка 4 ,,np.51 .51 . Далее определяется сред Hes прогнозиуемое значение падения напряжения на аждом 1-ом тиристоре .iUf,p к моменту ремени в будущем t n+i (через Т часов ксплуатапии преобразователя после поледнего измерения состояния тиристоров) соответствии с формулами VvS: - - - -i1t- iK (, )/ R -(I ii -|t:7 .Vi-i %KJ .r Vi4 . (,3.4; K#i). программой микропроцессора предусматривается выявление номера тин ристора с наибольшим средним значением падения напряжения («TiUnp v() полученны в результате прогноза, и сравнение Uflft mox наибольшим допустимым значением ( Одр Д«я данного типа тиристоров. Если ..то микропроцессор 26 выдаст сигнал на индикатор 27 Заменить тиристор № , предупреждая тем самым о возможности отказа преобразователя в следующие 1ОО ч эксплуатации, Если при непрерьтвном контроле параметра фиксируется значение падения напряжения, равное максимально допусти мому для данного типа тиристоров, то микропроцессор 26 выдаст сигнал на блок 1 управления и защиты, который выключает преобразователь. Таким образом, контролируя состояни тиристоров преобразователя с помощью предложенной системы, удается предотвратить аварийную ситуацию, :р:оторая имеет тяжелые последствия в тех случаях, когда преобразователь является источником питания установок ответст.венных, дорогостоящих и уникальных тех нологических процессов, таких как вакуумная плавка металлов и спецсплавов, литье алюминия в электромагнитный кри таллизатрр и других, что существенно по вышает надежность работь преобразователя и сокращает производственные поте ри. Кроме того, благодаря выявлению потенциально ненадежных тиристоров и заблаговременной их замены, удается исгг ключить отключение преобразователя в процессе работы, что значительно поыЛш ет безопасность работы при литье алюминия в электромагш1тный кристаллизатор, так как, если преобразователь при литье в электромагнитный кристаллизатор внезапно отключится, то произойдет .растекание алюминия,;что кроме провзво гвенных потерь, может привести к не668 счастным случаям с обслуживающим nej соналом. Предложенное решение может быть применено и в других типах преобразователей. Формула изобретения Тйристорный преобразователь, содержащий сиаовую часть, выполненную на тиристорах, а также блок управления и защиты, отличающийся тем, что, с цепью повышения надежности в работе путем заблаговременного выявления потенциально ненадежных тиристоров, он снабжен датчиками напряжения, подключенными параллельно тиристорам силовой части, аналого-цифровым преобразователем, микропроцессором, индикатором и одновибратором, причем вход одновибратора связан с выходом блока управления и защиты и с одним из еходов аналогоцифрового преобразователя, другие входы которого соединены через введенные ключи с датчиками напряжения, выходы аналого-цифрового преобразователя связаны с входами микропроцессора, а выходы последнего соединены с индикатором и блоком управления и защиты. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2826291/07 кл. Н 02 М 7/515, 1980 2.Рабинерсон А. А., Ашкинази Г.А, Режимы нагрузки силовых полупроводн№ ковых приборов. М., Энергия, 1976, с. 49,50, рис. 3.36. 3.Зайнашев Н.К;, РыбенкОва О.Н. Об одном методе прогнозирования состояния тиристоров силовой схемы преобразо- вателя частоты, - Тиристорные преобразователи частоты для индукционного вагрева металлов. Межвузовский сборник трудов, Уфа, 1979, N 9, 4.Кацнельсон С.М, Анализ электромагнитных процессов в мостовом тиристор ном инверторе со встречно-параллельными диодами и удвоением частоты, - Тиристорные преобразователи частоты для и дукшюнного нагрева металлов. Труды Уфимского авиационного института им, Орджоникидзе. Вып. 22, сб, 1, 1971, с. 7, рис, 1.

i9Z.1.ft,Z3,tf

}3.S,lZ,t4,ZS

iffl.4,tt,23.2S

.