Тиристорный преобразователь
Патент 968888
Авторы
Тиристорный преобразователь
Иллюстрации
Реферат
Союз Советскнх
Соцналнстнческнн
Республик
ОП ИСАНИЕ
И ЗОБ РЕТЕ Н ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ()968888 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(51)M. Кл.
Н 02 Р 13/18
Н 02 М 7/51 5 (22) Запвлено 01.04.81 (21) 3267886/24-07 с присоединением заявки М (23) Приоритет
ГвеударстееннЬ1й комитет
СССР во делам изобретений и открытий
Опубликовано 23.10.82. Бюллетень Рй 39
Дата опубликования опйсания 25.10.82 (53) УДК621.314. .572 (088.8) О. Н. Рыбенкова, А. К. Белкин, В. Э. Дель и Ю. (72) Авторы изобретения СЕСЕ)(),. к;. и/ т;и,;, (:;.
Уфимский авиационный институт им. Серго ОрдркониЫндзе (7I) Заявитель (54) ТИРИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть исполь зовано, 1тапример, при создании источни-:, ков 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- . рованных обратными диодами, причем в диагонали переменного тока моста включены последовательно соединенные коммутирующие конденсатор и дроссель, выводы постоянного тока вентильных плеч моста связаны с выходными выводами через разделительный конденсатор и защитный дроссель, а с входными - чарна фильтровой дроссель, при атом датчик тока включен последовагельно с комму гируюшим конденсатором, а первичные обмочки дифференциального датчика тока включены взаимно встречно-последо
2 вательно с соответствующими вентильными плечами моста, а вторичные,обмотки обоих датчиков соединены со входом блока управления и защиты Ll).
Недостатками данного преобразователя . является, во-первых, невозможность прогнозировать работоспособность тиристоров, а значит выявлять среди них потенциально ненадежные и осуществлять заблаговременно замену тиристоров, в пропеосе работы изменивших свои параметры 32) . и f3), которые достигают критических величин, что существенно снижает надежность работы. Во-вторых, с датчиков поступает сигнал на блок управления и зашиты тогда, когда произошел срыв ин вертирования.
Наиболее близким по технической cymности к предлагаемому является тириоторный преобразователь частоты, содер20 жаший блок управления и защиты и ти- ристорный мост со встречно-параллельными диодами, одна диагональ которого образована последовательно соединенными
3 968888 4 енсатором и дроссе- Бифровые индексы при импульсах тока едовательно соеди- i> и при напряжении U обозначают но- ным конденсатором, мер алемента или блока схемы, к котои нагрузкой и под- рым они относятся. ой дроссель к ио- g Тиристорный преобразователь частоты содержит блок 1 управления и защиты g тного тиристорного тиристорный мост (тиристоры 2 - 5) со тоты - невозможность встречно-параллельными диодами 6 - 9, тоспособность тирио- одна диагональ которого образована поять потенциально 1а следовательно соединенными коммутируюствлять эаблаговре-, шими конценсатором 10 и дросселем 11, оров с критическими а другая - последовательно соединенными ов, что существенно разделительным конденсатором 12, заработы. Отключение шитным дросселем 13 и нагрузкой 14 и ет нежелательные по- g подключена через входной дроссель 15 к коммутирующими конд . лем, а другая - посл ненными разделитель защитным дросселем ключена через входя точкику питания (4)
Недостатки извес . преобразователя час црогнозировать рабо торов, а значит выявл ненадежные и ocyme менно замену тирист значениями параметр снижает надежность преобразователя we еледствия в тех случаях, когда он является источником питания установок от ветственных, дорогостоящих и уникаль ных технологических процессов, таких как вакуумная плавка металлов, литье алюминия в электромагнитный кристаллвзатор и других. Поэтому заблаговременная.замена тиристоров с критическими значениями параметров позволит сущес.твенно повысить надежность работы преобразователя и значительно сократить производственные потери.
Целью изобретения является повышение надежности работы преобразователя эа счет своевременного выявления потенциально ненадежных тиристор9в..
Поставленная цель достигается тем, что тиристорный преобразователь, содер-, жащий 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, причем вход одновибратора связан с выходом блока
40 управления и защиты и с одним из вхо дов аналого-цифрового преобразователя, другие входы которого соединены через введенные ключи с упомянутыми датчика» ми напряжения, выходы аналого-цифрового преобразователя связаны со входами микропроцессора, а выходы последнего .соединены с индикатором и блоком управления и защиты.
В предлагаемой схеме резонансного типа повышение надежности работы преобразователя достигается эа счет irpoгноэирования выхода из строя тиристоров..
На фиг. 1 приведена электрическая схема тиристорного преобразователя чаототы; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие принцип действия преобразователя. источнику 16 питания, датчики напряжения 17 - 20, подключенные параллельно тиристорам 2 - 5, ключи 21 — 24, аналого-цифровой преобразователь 25, микропроцессор 26, индикатор 27 и одновибратор 28, причем вход одновибратора
28 связан с выходом блока 1 управлеНия и зашиты и с одним из входов аналого-цифрового преобразователя 25, другие входы которого соединены через ключи 21 - 24 с датчиками 17 20 напряжения, а выходы аналого-цифрового преобразователя 25 связаны со входами
Микропроцессора 26, при атом выходы по следнего соединены с индикатором 27 и блоком 1 управления и зашиты.
Тиристорный преобразователь частоты в квазиустановившемся режиме работает следующим образом.
Пусть .разделительный конденсатор 12 нормально заряжен до напряжения источника 16 питания через входной дроссель
15, защитный дроссель 13 и нагруэку14.
И пусть коммутирующий конденсатор 10 имеет полярность напряжения, указанную на фиг. 1.
Блок 1 управления и защиты выдает отпираюшие импульсы i> д (фиг. 2а) на тиристоры 2,4 и начинается процесс перезаряда коммутирующего конденсатора 10.
После того, как напряжение на конденсаторе 10 станет выше напряжения источника 16 питания и колебательный ток ти-. ристоров 2 и 4 пройдет через нуль, они выключаются и тогда, благодаря включившимся диодам 6 и 8, через нагрузку 14 ток начнет протекать в обратном направлении.
Как только коммутирующий конденсатор 10 разрядится до напряжения, меньmего, чем напряжение источника 16 питания, диоды 6 и 8 также выключаются.
Аналогично работают тиристоры 3 и 5 (их включают импульсами J > ), а после
5 968888 6 их выключения - диоды 7,9 и процесс мая матрица состояний тиристоров поповторяется. рядка (4 ко), в которой записаны значеНапряжения U2 4, 0 g 5 на тиристорах ния падения напряжения каждого из че2,4 и 3,5 покаэайы на фиг. 2б,в.. тырех тиристоров силовой схемы преобХарактерным видом отказов тиристор- у разоватепя, измеренные- в Fl MoMeHToB ных преобразователей является выход из времени в процессе эксппуатации преобстроя силовых тиристоров. Поэтому, для разователя: о„ о„ пр 3+ пр Ъ2 прЯ
0 . u 0. (41 пр 44 пр 42 пр43
IlP 51 ПР 5 1 . (ДР5Ъ
B мат ице (1) первый столбец повышения надежности преобразователей в процессе эксплуатации целесообразно знать техническое состояние каждого из te тиристоров и уметь прогнозировать его.
Это позволит своевременно определитв наличие потенциально ненадежных тиристоров в преобразователе, произвести замену P может и тем самым предотвратить возможный ts быть получен по pesymьтатам входного отказ. контроля тиристоров перед их установкой
Основным (интегральным) критерием в преобразователь. Номер строки матриць состояния силовых тиристоров является состояний равен порядковому номеру титемпература полупроводниковой структуры. ристора минус 1, причем поспедний соОднако температуру структуры тиристора щ ответствует номеру, указанному на панеработающего преобразователя измерить не. ли синовой схемы преобразователя. Копипосредственно трудно и обычно ее оцени» чество стопбпов в матрице соответствует вают косвенно с помощью термочувстви- . числу замеров параметра-, хранящихся в тельных параметров тиристора, легко под- памяти микропроцессора. дающихся измерению в условиях экспду- гЗ . В соответствии с апгоритмом прогно. зирования (3) программа микропроцессора
Поэтому, -с целью повышения надеж- предусматривает определение приращений ности и своевременного выявления потек- падения напряжения на тиристорах за инциапьно ненадежных.тиристоров в преоб- тервалы времени Г по формупе раэователе контролируют прямое падение Зй °, ц, у ..напряжения на тиристорах 2 - 5. Для и .1 n .i п0.1, -4 . этого одновременно с, вкпючением тирио- B результате получаем матрицу приращеторов 2 и 4 блок 1 управления и защиты wR порядка (4<(n-1) подает сигнал на включение одновибратора 28, который запускает аналого-цифро- >> вой преобразоватепь 25 и включает ключи 21 и -23. При этом прямое падение напряжения тиристоров 2 и 4 (фиг. 2) подается с помощью датчиков 17 и 19 через ключи 21 и 23 на вход аналого-цифрового преобразователя 25, который преобразует их в коды, управляющие микропроцессором 26.
Аналогично работает система контроля при включении очередных тиристоров
3 и 5.
Программа микропроцессора 26 составлена 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 произво-. дится по ll = 3 значениям параметра, полу ченным при последовательных измерениях с интервалом 7, = 100ч. При этом ис-. ходной информацией служит так называеДВ„„bun ê пр.24 пр. р2
Ilp. 44 Ilp 42
ЛО„р 4 О» 2
4 п =У (О„р,.„+ „р. „„j "Д (4) пр.i и,Мф
" 1с= а.„ К=1, 14
l1 I
Ъ
Далее определяется среднее прогнозируемое значение падения напряжения на каждсм 1-ом тиристоре п „, к моменту времени в будущем „+ (через Т часов эксплуатации преобразователя после последнего измерении состояния тиристоров) в соответствии с формулами
968888 8 счастным случаям с обслуживающим персоналом. . Предложенное решение может быть применено и в других типах преобразователей.
Тнристорный преобразователь, содерmammA сицовую 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 входов аналогоцифрового преобразователя, другие входы котброго 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 полупроводниковых 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 нагрева металлов. Межвузовский сборник трудов. Уфа, 197.9, ¹ 9.
4. Кацнельсон С.М. Анализ электромагнитных процессов s мостовом тиристор ном инверторе со встречно-параллельными диодами и удвоением частоты. - Тирис-. торные преобразователи частоты для индукционного нагрева металлов". Труды
Уфимского авиационного института им. Орджоникидзе. Вып. 22, сб. 1, 1 971, с. 7, рис. i.
Затем программой микропроцессора предусматривается выявление номера тиристора с наибольшим средним значением падения напряжения (0>p полученным 10 в результате прогноза, и сравнение (юу ) с наибольшим допустимым
"np. 3 ma
-значением (Одр, ) с,„для данного типа тиристоров. Если то микропроцессор 26 выдаст сигнал на индикатор 27 "Заменить тиристор №1», предупреждая тем самым о возможности отказа преобразователя в следуюшие
100 ч эксплуатации.
Если при непрерывном контроле пара метра фиксируется значение падения напряжения, равное максимально допустимому для данного тица тиристоров, то
25 микропроцессор 26 выдаст сигнал на блок 1 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 ответст- З5 ,венных, дорогостоящих и уникальных тех- нологических процессов, таких как вакуумная плавка металлов и спецсплавов, литье алюминия в электромагнитный крис таллизатор и других, что существенно по- 40 вышает надежность работы преобразователя и сокращает производственные поте ри.
Кроме того, благодаря выявлению потенциально ненадежных тиристоров и заблаговременной их замены, удается ис ключить отключение преобразователя s процессе работы, что значительно повМша ет безопасность работы при литье алюминия в электромагнитный кристаллиэатор, так как, если преобразователь при литье в электромагнитный кристаллизатор внезапно отключится, то произойдет растекание алюминия,:что кроме производственных потерь, может привести к неФормула изобретения 968888
Составитель Г. Мыцык
Редактор H. Егорова ТехредЛ,Пекарь Корректор Г. Огар
Заказ 81 91/81 Тираж 721 Подписное
БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4