Тиристорный преобразователь

Союз СоветскнхСоцналнстнческннРеспублик ОП ИСАНИЕИ ЗОБ РЕТЕ Н ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) Приоритет ГоеударстееннЬ)й комитет СССР до делам иэеВретений и открытий(54) ТИРИСТОРНЫИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ 1Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть исполь зовано, 1 тапример, 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 - чврез фильтровой дроссель, при атом датчик тока включен последовагельно с коммугирующим конденсатором, а первичные обмочки дифференциального датчика тока включены взаимно встречно-последо 2рательно с соответствующими вентильрыми плечами моста, а вторичные,обмотки обоих датчиков соединены со входомблока управления и защиты 1),Недостатками данного преобразователя. является, во-первых, невозможность прогнозировать работоспособность тиристоров, а значит выявлять среди них потенциально ненадежные и осуществлять заблаговременно замену тиристоров, в процео 10 се работы изменивших свои параметры 21. и 31, которые достигают критическихвеличин, что существенно снижает надежность работы. Во-вторых, с датчиковпоступает сигнал на блок управления изащиты тогда, когда произошел срыв инвертирования,Наиболее близким по технической суп- ности к предлагаемому является тириоторный преобразователь частоты, содер 20жащий блок управления и защиты и тМристорный мост со встречно-параллельными диодами, одна диагональ которого образована последовательно соединенными3 968888 4 енсатором и дроссе- Бифровые индексы при импульсах тока едовательно соеди и при напряжении 0 обозначают но-ным конденсатором, мер алемента или блока схемы, к кото- и нагрузкой и под- рым они относятся.ой дроссель к ио-Тиристорный преобразователь частотысодержит блок 1 управления и защиты и тного тиристорного тиристорный мост (тиристоры 2 - 5) со тоты - невозможность встречно-параллельными диодами 6 - 9, тоспособность тирио- одна диагональ которого образована поять потенциально 1 а следовательно соединенными коммутируюствлять эаблаговре- , шими конденсатором 10 и дросселем 11, оров с критическими а другая - последовательно соединенными ов, что существенно разделительным конденсатором 12, заработы, Отключение щитным дросселем 13 и нагрузкой 14 и ет нежелательные по-подключена через входной дроссель 15 ккоммутирующими конд. лем, а другая - послнвнными разделительзащитным дросселемюпочена через входяточнику питания 4Недостатки извеспреобразователя часпрогнозировать работоров, а значит выявлненадежные и осущеменно замену тиристзначениями параметрснижает надежностьпреобразователя имееледствия в тех случаях, когда он является источником питания установок ответственных, дорогостоящих и уникажных технологических процессов, такихкак вакуумная плавка металлов, литьеалюминия в электромагнитный кристаллезатор и других, Поэтому заблаговременная.замена тиристоров с критическимизначениями параметров позволит существенно повысить надежность работы преобразователя и значительно сократитьпроизводственные потери,Белью изобретения является повышение надежности работы преобразователяэа счет своевременного выявления потенциально ненадежных тиристорФвПоставленная цель достигается тем,что тиристорный преобразователь, содер-,жащий силовую часть, выполненную натиристорах, а также блок управления изащиты, снабжен датчиками напряжения, Эфподключенными параллельно тиристорамсиловой части, аналого-цифровым преобразователем, микропроцессором, индикатором и одновибратором, причем входодновибратора связан с выходом блока40управления и защиты и с одним из входов аналого-цифрового преобразователя,другие входы которого соединены черезвведенные ключи с упомянутыми датчиками напряжения, выходы аналого-цифрового 4 фпреобразователя связаны со входами микропроцессора, а выходы последнего соединены с индикатором и блоком управленияи защиты.В предлагаемой схеме резонансноготипа повышение надежности работы преобразователя достигается эа счет прогнозирования выхода из строя тиристоровНа фиг. 1 приведена электрическаясхема тиристорного преобразователя чао- ффтоты; на фиг. 2 - временные диаграммы,поясняющие принцип действия преобразователя. источнику 16 питания, датчики напряжения 17 - 20, подключенные параллельнотиристорам 2 - 5, ключи 21 - 24, аналого-цифровой преобразователь 25, микропроцессор 26, индикатор 27 и одновибратор 28, причем вход одновибратора28 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 входамиМикропроцессора 26, при атом выходы последнего соединены с индикатором 27 иблоком 1 управления и зашиты.Тиристорный преобразователь частотыв квазиустановившемся режиме работаетследующим образом,Пусть .разделительный конденсатор 12нормально заряжен до напряжения источника 16 питания через входной дроссель15, защитный дроссель 13 и нагруэку 14,И пусть коммутирующий конденсатор 10имеет полярность напряжения, указаннуюна фиг. 1.Блок 1 управления и защиты выдаетотпирающие импульсы 1 д (фиг, 2 а) натиристоры 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, меньшего, чем напряжение источника 16 питания, диоды 6 и 8 также выключаются.Аналогично работают тиристоры 3 и 5 (их включают импульсами 1), а после5 968888 6их выключения - диоды 7,9 и процесс мая фматрипа состояний тиристоров по- повторяется. рядка 4 ко 3, в которой записаны значеНапряжения 0 4., Она тиристорах ния падения напряжения каждого из че,4 и 35 покаэайы на фиг. 2 б,в. тырех тиристоров силовой схемы преобХарактерным видом отказов тиристор-разоватепя, измеренные. в й моментов ных преобразователей является выход из времени в процессе эксппуатации преобстроя силовых тиристоров, Поэтому, для разователя: ор 1 пр 22 цдра пр 31 пр М црИповышения надежности преобразователейв процессе эксплуатации целесообразнознать техническое состояние каждого из 1 етиристоров и уметь прогнозировать его.Это позволит своевременно определитв наличие потенциально ненадежных тиристоьцпрпр. 2 пр, 44 пр 42 ЬОР 4 ьО Р, 2 подает сигнал на включение одновибратора 28, который запускает аналого-цифро- З вой преобразоватепь 25 и вкпючает 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 опредепение потенциально ненадежных тиристоров производится по о = 3 значениям параметра, полу ченным при последовательных измерениях с интервалом Т, = 100 ч. При этом ис-.ходной информацией служит так называеЪДалее определяется среднее прогнозируемое значение падения напряжения на каждсм 1-ом тиристоре п, к моменту времени в будущем Ф + (через (, часов эксплуатации преобразователя после последнего измерении состояния тиристоров) в соответствии с формулами1 4пО - 1)пР .+ф Р К ) а (4)пр.1 Ь 1,Мф Р.,т - -- (йров в преобразователе, произвести замену Р может и тем самым предотвратить возможный 1 быть получен по резупьтатам входного отказ. контроля тиристоров перед их установкойОсновным (интегральным) критерием в преобразователь. Номер строки матриць состояния силовых тиристоров является состояний равен цор(ядковому номеру титемпература полупроводниковой структуры. ристора минус 1, причем поспедний соОднако температуру структуры тиристора га ответствует номеру, указанному на пане- работающего преобразователя измерить не. ли синовой схемы преобразователя. Копи- посредственно трудно и обычно ее оцени- чество стопбцов в матрице соответствует вают косвенно с помощью термочувстви- . числу замеров параметра, хранящихся в тельных параметров тиристора, легко под- памяти микропроцессора. дающихся измерению в условиях эксплу- гЗ . В соответствии с апгоритмом прогно.зирования (3) программа микропроцессора6Поэтому, с целью повышения надеж- . предусматривает определение приращений ности и своевременного выявления потец- падения напряжения на тиристорах за инциапьно ненадежных.тиоисторов в преоб- тервады времени С по формулераэователе контролируют прямое падение 3( у - ц, у , (2) .,напряжения на тиристорах 2 - 5, Для гр 13 Р. 1 р 3 и .1 и .ф по.1-1 этого одновременно с, вкпючением тирио- В результате попучаем матрицу приращеторов 2 и 4 блок 1 управления и защиты ний порядка 4 о)968888 Составитель Г. Мыцыкдактор Н. Егорова ТехредЛ,Пекарь Корректор Г. Огар ПодлисСССР Заказ 8191/81В НИИПИ 113 Тираж 721 Государственного комите о делам изобретений и откры 35, Москва, Ж, Раушска