Датчик неисправности тиристора

(5 Ц 5 ОБРЕТ ТЕЛЬСТВУ 3 ос С) СО ОСУДАР СТВЕННЫ Й КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ С(71) Центр научно-технического творчества молодежи "Прогресс" и Новосибирский филиал Совместного предприятия МКС "Плюс Международный коммерческий союз (72) В. И. Вяльцев, А. Б, Немировский, Г, Н. Коваливкер и М. С. Сабирзянов (56) Авторское свидетельство СССР ЛЬ 1205222, кл. Н 02 Н 7/122, 1984.Авторское свидетельство СССР М 1196995, кл. Н 02 Н 7/10, 1984 г.(54) ДАТЧИК НЕИСПРАВНОСТИ ТИРИСТО(57) 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,Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в устройствах защиты, диагностики и управ-ления тиристорными преобразователями.Известен датчик неисправности тиристора, содержащий пороговый элемент, выполненный 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 постоянного 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 ограничительном резисторе и ограниченные функциональные возможности. Первый недостаток обусловлен тем, что при выключенном состоянии контролируемого тиристора и прямом напряжении на его выводахк 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 возникаютусловия, приводящие к выходу из строя указанных полупроводниковых элементов датчика,Высокий уровень потерь в известном устройстве определяется тем, что при приложении к контролируемому тиристору обратного напряжения (например, в процессе "жесткой" коммутации), когда к тиристору прикладывается обратное напряжение (Ов) на время выключения ся, ток через датчик протекает по цепи: "плюс" обратного напряжения Ов на катоде тиристора, высокоомный ограничительный резистор, разделительный диод, переход база-эмиттер транзистора, "минус" источника питания датчика, "плюс" источника питания, "минус" обратного напряжения Ок 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 величйненапряжения источника питания датчика. Врезультате этого на ограничйтельномре 5 зисторе при приложении высокого уровняобратного напряжения к контролируемомутиристору имеют место значительные потери энергии, Выбор же резистора необходимой мощности приводит в свою очередь к10 ухудшению массогабаритных показателейустройства.Ограничейные фуйкциональйые возможностиустройства обусловлены одинаковыми показаниями датчика при15 включенйи й неисправном (сквозной пробой р-и-перехода) состоянии тиристора,Это связано с тем, что входное сопротивление датчика, определяемое сопротивлением высокоомного ограничительного20 резистора, значительно превйшает сопротивление р-и-перехода контролируемого тиристора в открытом состоянии. Также кфункциональным недостаткам датчика следует отнестиего ложное срабатывание при25 обратном напряжении на контролируемомтиристоре; происходящем вследствие включения транзйстора датчика базовым током,протекающим по контуру: "плюс" обратногонапряжения на катоде тиристора, ограничи 30 тельный резистор, разделительный диод,переход база-эмиттер транзистора, "минус"источника питания датчика, "плюс" .источнйка питания, "минус" обратного напряжения на аноде тиристора,35 Известен также датчик неисправноститиристора - прототип, содержащий первыйи второйрезисторы, предназначенные дляподключения к аноду и катоду контролируемого тиристора, стабилитрон, подключен 40 ный своими выводами к другим выводамукаэанных резисторов" развязывающийблок, выполненный в виде однофазноготрансформатора, первичная обмотка которого подсоединена к выводам стабилитро 45 на, компаратор, подключенный однимвходным выводом к выходному выводу развязывающего блока, другим входным выводом подсоединенный к нулю, при этомвыход компаратора подключается к логиче 50 скому устройству. Общими признаками известного устройства-прототипа и заявляемого объекта изобретенйя являются два высокоомных 55 резистора, предназначенные для подкл ючения одними своими выводами подсоединенные к аноду и катоду контролируемого тиристора, стабилитрон, подсоединенный своими выводами к соответствуюцим выводам высокоомных резисторов, развяможен их выход из строя, 45Целью предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей и повышения надежности устройства, путем отличия включенного и неисправного состояний контролируемого 50тиристора,Поставленная цель достигается тем,что с целью расширения функциональныхвозможностей 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 ком 55 зывающий блок, подключенный входными выводами квыводам стабилитрона, компаратор, подключенный к выходу развязываю- щего блока.Недостатком устройства-прототипа яв ляются ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что данное устройство одинаково реагирует на вклю- ченное и неисправное состояние контролируемого тиристора. Это вызвано тем, что по 10 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 15 резисторах, и с-другой - обеспечить требуе- .мый ток стабилизации стабилитрона. Когда контролируемый тиристор находится в от-, крытом состоянии, падение напряжения на нем составляет 1,5- 2 В, вследствие чего не 20 обеспечивается ток стабилизации стабилит рона, и это напряжение практически полностью падает на высокоомных резисторах, вследствие чего на вход развязывающего устройства подается практически нулевое 25 напряжение, Такое же напряжение подается на вход развязывающего блока в случае неисправного состояния тиристора (пробитого р-и- перехода). В результате, при выходе из строя тиристора, с выхода датчика 30 снимается сигнал, идентичный сигналу с датчика при включенном состоянии тиристора.Другим недостатком устройства - прототипа является недостаточная надежность 35 работы, обусловленная тем, что в случае выхода из строя стабилитрона или нарушения электрической связи между выводом первичной обмотки трансформатора и выводом и стабилитрона высокое напряжЕ ние, приложенное к первичной обмотке, транспортируется во вторичную обмотку и прикладывается к элементам датчика и логического устройства, вследствие чего возпаратора и отрицательному выводу дополнительного источника питания, положительныйвывод кОторого предназначен для подключения к катоду контролируемого тиристора,при этом компаоатор входами подключен ксоответствующим выводам стабилитрона, авыходом подключен ко входу развязывающего блока, выходами подключенного к блоку сигнализации неисправности тиристора.Дополнительный источник питания выполнен в виде потенциально развязанногоотконтролируемого тиристора формирователя импульсного напряжения, нормированного по величине и длительностисовпадающего по времени с моментом подачи импульса управления на контролируемый тиристор.Развязывающий блок выполнен в видеоптоэлектронной пары,При выборе оптопары по величине требуемой электрической прочности изоляциимежду"первичными цепями датчика и эле-ментами блока сигнализации обеспечивается йадежная пОтенциальная развязка, .чтоприводит к повышению надежности устройства.Введение дополнительного резистора,подключенного одним выводом к общей точке соединения выводов стабилитрона компаратора и резистора, предназначенногодля подключения к катоду контролируемоготиристора, а другим - к общей точке соединения нулевого вывода компаратора и отрицательного вывода дополнительногоисточника питания, позволяет подать науказанный вход компаратора выбранноенапряжение уставки, которое снимается свыхода делителя напряжения, образованного резистором, предназначенным дляподключения к катоду и введенным дополнительным резистором, причем на вход делителя подается напряжениедополнительногоисточника питания.Введение в предлагаемое изобретениев качестве дополнительного источника питания источника импульсного напряжения,формирующего импульс напряжения,совпадающий во времени с импульсомуправления контролируемого тиристора,позволяет исключить ложное срабатываниедатчика при подключении к контролируемому тиристору обратного тиристора, например, в силовой цепи преобразователячастоты.При снятии импульса управления контролируемого тиристора, дополнительныйисточник питания выдает нулевое напряжение, Вследствие того, что одновременнаяподача импульсов управления на прямойи обратный тиристор, как правило, не доия на резисторе о, Напряпускается, то исключается и срабатывание дения напряжения на 5, Ндатчика при включении обратного тиристо- жение на входе 11 компаратора 14 превышает уставку напряжения на входе 12 (ОутПри анализе известных технических йзрешений, признаков, сходных с отличитель ыз й + й ). Компврвтор переключеетными признаками заявляемого объекта изо-. ся в другое состояние и с выхода развязывао лока снимается сигнал,бретения, не обнаружено, следовательно,ющего блок 16предлагаемое техническое решение обла- покаэывающ р бдает существенными отличиями.показывающий сра атывание атчика нправности, т.е, выход контролируемого тиНа фиг, 1 и 2 приведена принципиаль ристора из строя.ная схема предлагаемого устройства.Устройство на фиг. 1 содержит силовые момент подачри включении о ратного тиристора вм нт подачи на него импульса управления отсутствует сигнал управления на вклюшины 1 и 2, подключенные к контролируемому тиристору 3 иобратному тиристор 4, чение дополнительноосновные резисторы 5, 6, подсоединенные 15 вследств енительного источнйка питания,утствует сигнал на переключение и.к выводам тиристора 3; стабилитрон 7, отсутствует с гв ледствие чего на входе компаратораподсоединенный своими выводами к соответствующим выводам резисторов 5, 6, досоответственно в блоке сигнализации отполнительный резистор 8, дополнительныйсутствует сигнал о неисправном состоянииконтролируемого тиристора,источник питания 9, выводы стабилитрона 7 20и резистора 8 подключаются к выводам 11, При вкл 312 13 кри включении тиристора 3 на вход покомпаратора 14, подключенного вы- дается сигнал упраходными выводами 15 и 16 ко входу развягнал правления, в результате чегозывающего блока 17, выходные выводына выводах источника питания появляетсяимпульс напряжения и датчик осуществляеткоторого соединяются с блок сигнализации 25 проверку исправности тиристо а.неисправности тиристора 18.и правности тиристора.У тТаким образом, по сравнению с уст-прототипом предлагаемое устстройство работает следующим обра- ройством-протоВ лройство позволяет отличить включенное ислучае выключенного состояния конт- неисправное сос оролируемого тиристора 3 напряжение на 30 исклю бсправное состояние тиристора, а такжепри включении обратного тиристора, чтовходах 11 и 12 компаратора 14 ограничиваисключить ложное срабатывание датчикается высокоомными резисторами 5, 6 и стасти.сточник питания э может быть выполПри этом если к контролируемому тири- Источн 9стору прикладывается прямое напряжение 35 нен в виде устроток от источника анодного напряжения про, Зд сен в виде устройства, показанного на фиг.десь импульсы управления на транзи.текает по цепи: плюс (анод тиристора), ре- сторы исто 9зистор 5, стабилитрон 7, резистор 6, мин с 19о ы источника поступают с ст ойстваус, предназначенного для согласования им(катод тиристора). Вследствие этого напря- пульсного напряже у ржение между входами 11 и 12 компаратора 40 (го напряжения управления ти исто 14 поа ром 3 Оя) и импульсных напряженийр сто, подсоединенными к выводам стабилит- управления т арона 7, ограничивается на уровне напряже- При этом имп льсы пвления транзисторами источника 9.ния стабилиза иири этом импульсы управления на данйыеции данного стабилитрона. транзисторы поступают в противофазе.Аналогично происходит ограничение меж- Датчик неисправности тиристора, реавходового напряжения компаратора при 45 лизованный на макете тиристорного преобразователя частоты были использованы: вприложении обратного напряжения. Приэтом в обоих указанных случаях датчик неисправности находится в исходном состоя- К 554 САЗ в качкачестве компаратора - микросхемании, при котором в блок сигнализа ииА, в качестве развязывающего устнии, при котором в лок сигнализации ройства - оптодйодная пара АОД 130 А.поступает сигнал об исправном состоянии 50контролируемого тиристора, фВ случае неисправности (пробой р-и-пеормула изобретениярехода) контролируемого тиристора ток от 1. Др о адополнительного источника питания проте- - - . езистатчик неисправности ти исто акает по цепи: плюс источника 9,тиристорЗ, 55 и е ндержащий первый и вто ой езистр резисторы,т Р предназначенные для подключения однимирезистор, компаратор 14, минус источника выводами к аноду и катод конт оли9. При этом на входе 11 компаратора поя вдуконтролируемоголяется напряжение, величина котороготиристора, стабилит он, по клопределяется величиной напряжениясвоими выводами к д гим выводру одам указанполнительного источника 9 за вычетом пания до- ных резисторов, развязываю ий бл к1767608 10 Составитель М.СабирзяновТехред М.Моргентал Корректор Н,Король акто дотов каз 3554 Тир ВНИИПИ Государственного 113035, аж Подписноекомитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССМосква, Ж, Раушская наб., 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 компаратор, отл и ча ю щи йся 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 выводустабилитрона, а другим выводом - к нулевому выводу компаратора и отрицательному выводудополнительного источника питания, положительный вывод которого предназначен для подключения к катоду контролируемого тиристора, при этом компаратор входами подключен к соответствующим выводам стабилитрона, а выходом подключен к входу развязывающего блока,выходами подключенного к блоку сигнали-зации неисправности тиристора,2. Датчик по и, 1, о т л и ч а ю щ и й с я5 тем, что дополнительный источник питания;выполнен в виде потенциально развязанного от контролируемого тиристора фор-мирователя импульсного напряжения,нормированного пд величине и длительно 10 сти и совпадающего по времени с моментомподачи импульса управления на контролируемый тиристор.3, Датчик по п.1, отл и ч а ю щи й с ятем, что развязывающий блок выполнен в15 виде оптоэлектронной пары,