Датчик неисправности тиристора

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)5 Н 02 Н 7/10

ГОСУДАР СТВЕННЫ Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

0 V ос

С?

О? (21) 4932289/07 (22) 01.04.91 (46) 07.10.92. Бюл. № 37 (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

¹ 1205222, кл. Н 02 Н 7/122, 1984.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1196995, кл. Н 02 Н 7/10, 1984 г. (54) ДАТЧИК НЕИСПРАВНОСТИ ТИРИСТОРА (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, 1767608

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в устройствах защиты, диагностики и управления 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 уровке 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 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 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 (UR) на время выключения tg, ток через датчик протекает по цепи:

"плюс" обратного напряжения UR на катоде тиристора, высокоомный ограничительный резистор, разделительный диод, переход база-эмиттер транзистора, "минус" источника питания датчика, "плюс" источника питания, "минус" обратного напряжения UR на аноде тиристора. Ограничить даккый ток посредством увеличения сопротивления ограничительного резистора возможно лишь до определенного уровня, поскольку максимальная величина омического сопротивления резистора ограничиукаэанных 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 логиче-. скому устройству.

Общими признаками известного устройства-прототипа и заявляемого объекта изобретенйя являются два высокоомных резистора, предназначенные для подкл ючения одними своими выводами подсоединенные к аноду и катоду контролируемого тиристора, стабилитрон, подсоединенный своими выводами к соответствую цим выводам высокоомных резисторов, развявается из условия обеспечения рабочего тока базы транзистора при заданной величйне напряжения источника питания датчика. В результате этого на ограничйтельном ре5 зисторе при приложении высокого уровня обратного напряжения к контролируемому тиристору имеют место значительные потери энергии, Выбор же резистора необходи-. мой мощности приводит в свою очередь к

10 ухудшению массогабаритных показателей устройства.

Ограничейные функциональные воз- можностй устройства обусловлены одинаковыми показаниями датчика при

15 включенйи и неисправном (сквозной пробой р-и-перехода) состоянии тиристора, 3Т0 связано с тем, что входное сопротивление датчика, определяемое сопротивлением высокоомного ограничительного

20 резистора, значительно превйшает сопротивление р-и-перехода контролируемого тиристора в открытом состоянии. Также к функциональньгм недостаткам датчика следует отнести его ложное срабатывание при

25 обратном напряжении на контролируемом тиристоре, происходящем вследствие включения транзйстора датчика базовым током, протекающим по контуру: "плюс" обратного напряжения на катоде тирйстора, ограничи30 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 неисправности тиристора — прототип, содержащий первый и второй резисторы, предназначенные для подключения к аноду и катоду контролируемого тиристора, стабилитрон, подключен40 ный своими выводами к другим выводам

1767608 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 ком55 зывающий блок, подключенный входными выводами к выводам стабилитрона, компаратор, подключенный к выходу развязывающего блока.

Недостатком устройства-прототипа яв- 5 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 составляет1,5- 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- 40 ние, приложенное к первичной обмотке, транспортируется во вторичную обмотку и прикладывается к элементам датчика и логического устройства, вследствие чего возможен их выход из строя. 45

Целью предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей и повышения надежности устройства, путем отличия включенного и неисправного состояний контролируемого 50 тиристора.

Поставленная цель достигается тем, что с целью расширения функциональных возможностей и повышения надежности в паратора и отрицательному выводу дополнительного источника питания, положительный вывод кОторого пpeдназнaчeн для подключения к катоду контролируемого тиристора, при этом компаратор входами подключен к соответствующим выводам стабилитрона. а вйходом подключен ко входу развязывающего блока, выходами подключенного к блоку сигнализации неисправности тиристора.

Дополнительный источник питания выполнен в виде потенциально развязанного от кон гролируемого 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 оптоэлектронной пары.

При выборе оптопары по величине требуемой электрической прочности изоляции между"первичными цепями датчика и элементами блока сигнализации обеспечивается йадежная 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 до1767608 ия на резисторе о. Напряпускается, то исключается и срабатывание дения напряжения на 5. Н датчика при включении обратного тиристо- жение на входе 11 компаратора 14 превышает уставку напряжения на входе 12 (U

При анализе известных техническим Rg решений, признаков, сходных с отличитель- 5 ыз де+ йз ). Компаратор переключаетными признаками заявляемого объекта изо-. ся в другое состояние и с выхода развязывао л ока снимается сигнал, бретения, не обнаружено, следовательно, ющего блок предлагаемое техническое решение обла- покаэывающ р б дает существенными отличиями. показывающий сра атывание атчика н правности, т.е, выход контролируемого тиНа фиг. 1 и 2 приведена принципиаль- 10 ристора из строя. ная схема предлагаемого устройства.

Устройство на фиг. 1 содержит силовые момент подач ри включении о ратного тиристора в м нт подачи на него импульса управления отсутствует сигнал управления на вклюшины 1 и 2, подключенные к контролируемому тиристору 3 и обратному тиристор 4, чение дополнительно основные резисторы 5,6, подсоединенные 15 вследств е нительного источнйка питания утствует сигнал на переключение и .к выводам тиристора 3, стабилитрон 7, отсутствует с г в ледствие чего на входе компаратора подсоединенный своими выводами к соответствующим выводам резисторов 5, 6, досоответственно в блоке сигнализации отполнительный резистор 8, дополнительный сутствует сигнал о неисправном состоянии контролируемого тиристо ра, источник питания 9, выводы стабилитрона 7 20 и резистора 8 подключаются k выводам 11, При вкл 3

12 .13 к ри включении тиристора 3 на вход покомпаратора 14, подключенного вы- дается сигнал упра ходными выводами 15 и 16 ко входу развягнал правления, в результате чего зывающего блока 17, выходные выводы на выводах источника питания появляется импульс напряжения и датчик осуществляет которого соединяются с блок сигнализации 25 проверку исправности тиристо а. неисправности тиристора 18. и правности тиристора

У т

Таким образом, по сравнению с уст-прототипом предлагаемое устстройство работает следующим обра- ройством-прото

В л ройство позволяет отличить включенное и случае выключенного состояния конт- неисправное сос о ролируемого тиристора 3 напряжение на 30 исклю справное состояние тиристора, а также при включении обратного тиристора, что входах 11 и 12 компаратора 14 ограничиваисключить ложное срабатывание датчика ется высокоомными резисторами 5. 6 и стасти. сточник питания э может быть выполПри этом если к контролируемому тири- Источн 9 стору прикладывается прямое напряжение 35 нен в виде устро ток от источника анодного напряжения про- 2. Зд с ен в виде устройства, показанного на фиг. десь импульсы управления на транзи.текает по цепи: плюс (анод тиристора), ре- сторы исто 9 зистор 5, стабилитрон 7, резистор 6, мин с 19 о ы источника поступают с ст ойства

Уо, предназначенного для согласования им(катод тиристора). Вследствие этого напря- пульсного напряже у р жение между входами 11 и 12 компаратора 40 ( го напряжения управления ти исто14 по а ром 3 U<) и импульсных напряжений р сто, подсоединенными к выводам стабилит- управления т а рона 7, ограничивается на уровне напряже- При этом имп льсы п вления транзисторами источника 9. ния стабилиза ии ри этом импульсы управления на данйые ции 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: в приложении обратного напряжения. При этом в обоих указанных случаях датчик неисправности находится в исходном состоя- К554СА3 в кач качестве компаратора — микросхема нии, при котором в блок сигнализа ии

А, в качестве развязывающего устнии, при котором в лок сигнализации ройства — оптодйодная пара АОД130А. поступает сигнал об исправном состоянии 50 контролируемого тиристора, Ф

В случае неисправности (пробой р-и-пеор мула изобретения рехода) контролируемого тиристора ток от 1. Д р о а дополнительного источника питания llpo78 атчик неисправности ти исто а кает по цепи: плюс источника 9; тиристор 3, 55 и е н держащий первый и вто ой езист р резисторы, р д азначенные для подключения одними резистор, компаратор 14, минус источника выводами к аноду и катод конт оли

9. При этом на входе 11 компаратора поя еду контролируемого ляется напряжение, величина которого тиристора, стабилит он, по кл определяется величиной напряжения своими выводами к д гим выво дру одам указанполнительного источника 9 за вычетом пания до- ных резисторов, развязываю ий бл к

1767608

Составитель М.Сабирзянов

Техред М.Моргентал Корректор Н.Король

Редактор Т. Федотов

Заказ 3554 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 компаратор, отл и ч а ю щи и с я 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 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, отличающийся .

5 тем, что дополнительный источник питания;

l выполнен в виде потенциально развязан1 ного от контролируемого тиристора фор- мирователя импульсного напряжения, нормированного пд величине и длительно10 сти и совпадающего по времени с моментом подачи импульса управления на контролируемый тиристор.

3 . Датчик по п.1, о тл и ч а ю шийся тем, что развязывающий блок выполнен в

15 виде оптоэлектронной пары,