Способ аварийного управления силовой ячейкой высоковольтного преобразователя частоты

Авторы патента:

Краснов Дмитрий Валерьевич (RU)

Лазарев Григорий Бенционович (RU)

Рязанцев Александр Александрович (RU)

Губанов Олег Васильевич (RU)

H02M5/458 - с использованием только полупроводниковых приборов

Владельцы патента RU 2397597:

Общество с ограниченной ответственностью "НИЦ Приводная Техника" (ООО "НИЦ Приводная Техника") (RU)
Краснов Дмитрий Валерьевич (RU)
Губанов Олег Васильевич (RU)
Рязанцев Александр Александрович (RU)
Лазарев Григорий Бенционович (RU)

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в повышении надежности преобразователя. Контролируют силовую ячейку и при неисправности выводят ее из работы путем байпасирования, отключают по входу и выходу, тестируют и при положительном результате тестирования вводят в работу. Контроль осуществляют по температуре тиристоров, выходному напряжению выпрямителя, температуре IGВТ-транзисторов и выходному току инвертора. При тестировании проверяют состояние входных предохранителей и при отсутствии их срабатываний попарно включают тиристоры и проверяют выходное напряжение выпрямителя, а затем попарно включают IGBT-транзисторы и проверяют выходной ток инвертора через балластную нагрузку. 2 ил.

Область техники

Изобретение относится к электротехнике и может быть применено в высоковольтных преобразователях частоты для контроля их силовых ячеек.

Уровень техники

Известен выбранный в качестве прототипа способ аварийного управления силовой ячейкой высоковольтного преобразователя частоты, включающий контроль состояния силовой ячейки и ее байпасирование при выявлении неисправности [RU 2289191, МПК Н02М 5/453, 2006 г.].

Недостаток прототипа - высокая вероятность вывода из работы (байпасирования) силовых ячеек при ложных сигналах об отказах и при самовосстанавливающихся повреждениях.

Сущность изобретения

Задача изобретения - обеспечить возврат в рабочее состояние силовых ячеек, байпасированных при ложных и самоустраняющихся отказах и тем самым повысить надежность преобразователя.

Предметом изобретения является способ аварийного управления силовой ячейкой высоковольтного преобразователя частоты, содержащей выпрямитель на тиристорах и инвертор на IGBT-транзисторах, заключающийся в том, что контролируют силовую ячейку и при неисправности выводят ее из работы путем байпасирования, отключают по входу и выходу, тестируют и при положительном результате тестирования вводят в работу, при этом контролируют силовую ячейку по температуре тиристоров, выходному напряжению выпрямителя, температуре IGBT-транзисторов и выходному току инвертора, а при тестировании проверяют состояние входных предохранителей и при отсутствии их срабатываний попарно включают тиристоры и проверяют выходное напряжение выпрямителя, а затем попарно включают IGBT-транзисторы и проверяют выходной ток инвертора через балластную нагрузку.

Это позволяет решить поставленную задачу и получить технический результат в виде повышения надежности преобразователя.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 приведена блок-схема высоковольтного трехфазного преобразователя, на фиг.2 - схема его силовой ячейки, управляемой по предлагаемому способу.

Осуществление способа

Каждая фаза преобразователя, показанного на фиг.1, содержит группу силовых ячеек 1, последовательно соединенных своими выходами. Каждая ячейка 1 питается от отдельной вторичной трехфазной обмотки многообмоточного трансформатора 2. Управление ячейками 1 осуществляет система 3 управления.

В состав силовой ячейки, показанной на фиг.2, входят выпрямитель 4 на тиристорах и инвертор 5 на IGBT-транзисторах, снабженный коммутаторами 6 и 7. Выпрямитель 4 снабжен датчиками 8 температуры тиристоров, а инвертор 5 - датчиками 9 температуры IGBT-транзисторов (на фиг.2 условно показано по одному датчику 8 и 9). Силовая ячейка снабжена также датчиком 10 выпрямленного напряжения и датчиком 11 выходного тока инвертора. Выходы всех датчиков подключены к системе 3, управляющей тиристорами выпрямителя 4, IGBT-транзисторами инвертора 5 и коммутаторами 6 и 7. Кроме того, к входам системы 3 подключены указатели срабатывания входных предохранителей 12 выпрямителя 4 (на фиг.2 условно показан один предохранитель 12).

Осуществляя заявленный способ, устройство работает следующим образом.

В режиме рабочего управления преобразователя коммутатор 6 разомкнут, коммутатор 7 замкнут и система 3 контролирует силовую ячейку по следующим критериям:

- по температуре тиристоров выпрямителя 4 путем сравнения температуры каждого тиристора, данные о которой поступают от соответствующего датчика 8, с установленным допустимым значением Т_1доп;

- по выходному напряжению выпрямителя путем сравнения напряжения, данные о котором поступают от датчика 10, с установленными значениями U_мин и U_мах;

- по температуре IGBT-транзисторов инвертора 5 путем сравнения температуры каждого IGBT-транзистора, данные о которой поступают от соответствующего датчика 9, с установленным допустимым значением Т_2доп;

- по выходному току инвертора путем сравнения тока, данные о котором поступают от датчика 11, с установленным значением I_мин.

При выходе любого из контролируемых параметров ячейки за установленные пределы система 3 фиксирует обнаружение неисправности данной ячейки и замыкает коммутатор 6, выводя ее из работы в соответствующей фазе преобразователя путем байпасирования (обхода). При этом могут быть приняты меры по симметрированию фазных напряжений на выходе преобразователя (например, аналогичные мерам, принимаемым согласно прототипу).

После замыкания коммутатора 6 система 3 отключает байпасированную ячейку по входу путем выключения всех тиристоров выпрямителя 4 и по выходу путем размыкания коммутатора 7 и после разряда накопительных конденсаторов преобразователя приступает к ее тестированию.

При тестировании система 3 проверяет состояние входных предохранителей 12 по сигналам с указателей их срабатывания, поступающим с датчиков 12, и при отсутствии срабатываний предохранителей 12 переходит к выполнению следующих действий.

Попарно включает тиристоры выпрямителя 4, расположенные в противоположных плечах соседних фаз выпрямителя, и проверяет, что после заряда накопительных емкостей выходное напряжение выпрямителя 4 достигает установленного значения U_мин. После этого ранее включенные тиристоры очередной пары выключаются и накопительные емкости разряжаются. Если описанной проверкой установлено, что все тиристоры выпрямителя и выпрямитель в целом не повреждены, система 3 переходит к тестированию инвертора 5.

Для этого система 3 переводит выпрямитель 4 в режим рабочего управления и затем попарно включает IGBT-транзисторы инвертора 5 в его противоположных плечах. При включенной паре IGBT-транзисторов проверяется выходной ток инвертора 5 через балластную нагрузку 13 путем сравнении данных, поступающих от датчика 11, с установленным минимальным значением I_мин. Перед включением второй пары IGBT-транзисторов ранее включенная пара запирается.

При положительном результате тестирования ячейку вводят в работу: система 3 переходит в режим рабочего управления инвертором 5, замыкает коммутатор 7, размыкает коммутатор 6 и снова контролирует силовую ячейку по вышеописанным критериям. При обнаружении повторяющихся отказов какой-либо ячейки 1 система 3 выводит ее из работы, замыкая коммутатор 6 и размыкая коммутатор 7, без последующего тестирования.

Как видно из изложенного, предлагаемый способ управления силовой ячейкой высоковольтного преобразователя в аварийной ситуации (т.е. при браковке одной из силовых ячеек в процессе работы) позволяет при ложных и самоустраняющихся отказах возвращать забракованные силовые ячейки в работу.

Эффективность предлагаемого решения подтверждена экспериментально.

Способ аварийного управления силовой ячейкой высоковольтного преобразователя частоты, содержащей выпрямитель на тиристорах и инвертор на IGBT-транзисторах, заключающийся в том, что контролируют силовую ячейку и при неисправности выводят ее из работы путем байпасирования, отключают по входу и выходу, тестируют и при положительном результате тестирования вводят в работу, при этом контролируют силовую ячейку по температуре тиристоров, выходному напряжению выпрямителя, температуре IGBT-транзисторов и выходному току инвертора, а при тестировании проверяют состояние входных предохранителей и при отсутствии их срабатываний попарно включают тиристоры в противоположных плечах соседних фаз выпрямителя и проверяют, сравнивая с установленным минимальным значением, выходное напряжение выпрямителя, а затем попарно включают IGBT-транзисторы в противоположных плечах инвертора и проверяют, сравнивая с установленным минимальным значением, выходной ток инвертора через балластную нагрузку.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при проектировании источников питания разрядно-импульсных электротехнологических установок. .

Многофазная преобразовательная схема с малым содержанием высших гармоник // 2344535

Изобретение относится к области силовой электроники. .

Система согласования мощности для турбинного электродвигателя-генератора (варианты) и способ управления электродвигателем-генератором // 2315413

Трехфазный преобразователь частоты // 2274941

Изобретение относится к электротехнике и предназначается для использования в автономных системах электроснабжения для стабилизации частоты и напряжения генераторов электроэнергии, привод которых имеет нестабильные обороты.

Преобразователь частоты // 2233534

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника питания для индукционного нагревателя. .

Высоковольтный преобразователь напряжения // 2231903

Источник питания (варианты) // 2219646

Преобразователь переменного тока для питания индуктора // 2040105

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника питания для установок индукционного нагрева. .

Утроитель частоты с трехфазным входом // 2037258

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в трансформаторах и электродвигателях. .

Трехфазный удвоитель частоты // 2024174

Способ управления преобразователем частоты // 2431914

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах управления с транзисторными преобразователями частоты для электротехнологий, а также в электронных пускорегулирующих аппаратах для газоразрядных ламп и драйверах для питания мощных светодиодов

Однофазный инвертор напряжения (варианты) // 2444111

Частотно-широтно-импульсный регулятор переменного напряжения // 2462804

Изобретение относится к области силовой преобразовательной техники и может использоваться, например, в регуляторах температуры

Обратимый преобразователь частоты // 2534749

Изобретение относится к области электротехники и преобразовательной техники, в частности к обратимым статическим преобразователям электрической энергии, построенным по схеме двухзвенных электрических преобразователей. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей обратимого преобразователя и минимизация числа элементов электрической схемы и, как следствие, повышении надежности работы устройства. Кроме того, предлагаемое устройство обладает достаточной универсальностью и может быть использовано для построения электрических преобразователей частоты в широком диапазоне мощностей как низковольтного, так и высоковольтного применения. Для этого заявленное устройство содержит систему управления, автономный инвертор напряжения, тормозную цепочку, накопительный конденсатор и трехфазный активный преобразователь, состоящий из входного трехфазного дросселя и выпрямителя, реализованного на полупроводниковых элементах, также в схему выпрямителя внесены изменения, связанные с реализацией его выпрямительной части, выполнив ее на тиристорах, и внесены изменения в инверторную часть, установив дополнительные диоды, последовательно и согласовано включенные с транзисторами. Положительный эффект изобретения заключается в том, что благодаря введенным элементам обратимый электрический преобразователь может работать с напряжением в звене постоянного тока ниже уровня напряжения неуправляемого выпрямителя и, как следствие, в расширении его функциональных возможностей и повышении эффективности и надежности работы. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ управления вращающейся электрической машиной // 2547807

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в для управления преобразователем частоты в системе двигателя. Технический результат - уменьшение потерь при коммутации. В способе управления вращающейся электрической машиной, чтобы минимизировать потери при коммутации во вращающейся электрической машине, представлен итерационный способ управления, заранее вычисляющий оптимальные коммутирующие состояния. 5 н. и 16 з.п. ф-лы, 14 ил.

Способ самодиагностики высоковольтного преобразователя частоты // 2548015

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в высоковольтных частотно-регулируемых электроприводах для контроля исправности входного трансформатора и силовых ячеек. Способ самодиагностики высоковольтного преобразователя частоты, содержащего входной трансформатор и включенные в каждую из трех фаз несколько уровней силовых ячеек, каждая из которых содержит выпрямитель на тиристорах и инвертор на IGBT-транзисторах, заключается в том, что система управления проверяет исправность каждой силовой ячейки путем измерения температуры тиристоров, выходного напряжения выпрямителя, температуры IGBT-транзисторов и выходного тока инвертора, причем дополнительно проверяется состояние обмоток входного трансформатора путем измерения температуры, выходного напряжения и тока. Применение способа самодиагностики высоковольтного преобразователя частоты позволит получить технический результат - повысить надежность функционирования электропривода. 3 ил.

Преобразователь частоты // 2557807

Настоящее изобретение относится к области электротехники и силовой электроники, в частности к преобразователям электрической энергии, построенным по схеме двухзвенных электрических преобразователей. Технический результат - повышение энергетической эффективности устройства, уменьшение времени подготовки преобразователя частоты к работе, повышение надежности, а также улучшение эксплуатационных характеристик. Результат достигается тем, что в схему электрического преобразователя добавлены транзистор, диод и дроссель, которые позволили организовать цепь заряда накопительного конденсатора. При этом ограничение и стабилизация тока заряда организованы с использованием полностью управляемого ключевого элемента - транзистора, работающего в режиме широтно-импульсной модуляции. Используя зарядный транзистор с незначительным номинальным током коллектора, можно реализовать систему заряда накопительного конденсатора и систему диагностики звена постоянного тока и инвертора напряжения. Предлагаемое устройство преобразователя частоты позволяет повысить энергетическую эффективность и надежность работы, а также значительно улучшить эксплуатационные характеристики. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Преобразователь частоты // 2559204

Изобретение относится к области электротехники и силовой электроники, в частности к преобразователям электрической энергии, построенным по схеме двухзвенных электрических преобразователей. Технический результат - повышение энергетической эффективности, уменьшение времени подготовки к работе, повышение надежности, а также улучшение эксплуатационных характеристик. Технический результат достигается тем, что в схему электрического преобразователя добавлен дроссель и зарядно-тормозная цепочка, состоящая из транзистора, двух диодов, тормозного резистора и дополнительного контакта контактора. Новые элементы и связи между ними позволили совместить и реализовать функции заряда накопительного конденсатора и тормозной цепи на одних и тех же элементах электрического преобразователя. При этом ограничение и стабилизация тока заряда и управление током торможения организованы с использованием полностью управляемого ключевого элемента - транзистора зарядно-тормозной цепочки. Предлагаемое устройство преобразователя частоты позволяет повысить энергетическую эффективность и надежность работы, а также значительно улучшить эксплуатационные характеристики. 1 ил.

Электропитание для летательного аппарата // 2564401

Изобретение относится к способу генерации напряжения, осуществляемому генераторным модулем (20) электрической сети (1) летательного аппарата, причем упомянутой электрической сети (1), содержащей линию (3) подачи электропитания, питаемую упомянутым генераторным модулем (20), шину (4) постоянного тока, питаемую от упомянутой линии (3) подачи электропитания через выпрямитель (5) и, по меньшей мере, один электропривод (9), питаемый переменным током от шины (4) постоянного тока через инвертор (8); причем способ генерации содержит этап, на котором подают напряжения (VAC) переменного тока как функцию от устанавливаемого значения напряжения и напряжения, измеренного в упомянутой бортовой сети (1) электропитания. Для получения технического результата - ограничения потерь в инверторе и ограничения его габаритов способ генерации содержит этап, на котором определяют упомянутое устанавливаемое значение напряжения как функцию от рабочего параметра (v9) упомянутого привода (9). 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Преобразователь частоты // 2591054

Настоящее изобретение относится к области электротехники и силовой электроники, в частности к преобразователям электрической энергии, построенным по схеме двухзвенных электрических преобразователей. Техническим результатом изобретения является повышение надежности, упрощение изготовления, монтажа и эксплуатации, снижение веса, габаритов и стоимости преобразователя частоты, а также автоматизация процесса заряда накопительного конденсатора. Кроме того, предлагаемое устройство обладает достаточной универсальностью, позволяющей функционально совместить в одном устройстве зарядную цепь накопительного конденсатора и цепь для гашения энергии торможения двухзвенного электрического преобразователя. Поставленная цель достигается тем, что в схему преобразователя частоты добавлены новые связи, позволяющие использовать тормозной резистор в качестве зарядного резистора. Положительный эффект предложения заключается в том, что при минимальном количестве элементов обеспечивается улучшение функциональных возможностей изделия, повышение надежности работы, снижается вес, габариты и стоимость, а также автоматизируется процесс заряда накопительного конденсатора статического преобразователя частоты. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.