Устройство контроля тепловых режимов силовых модулей преобразователей

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для контроля теплового состояния силовых модулей, входящих в состав статических преобразователей напряжения и частоты различного назначения. Техническим результатом является автоматизация выявления наиболее и наименее нагретых модулей, уменьшение аппаратных затрат, повышение надежности и быстродействия, а также высокая информационность устройства. Устройство контроля тепловых режимов силовых модулей преобразователя снабжено двумя блоками выпрямления и выделения наибольшего напряжения, суммирующим и разностным усилителями, блоками индикации номеров модулей с наибольшей и наименьшей температурами нагрева, индикаторами средней температуры, наибольшей и наименьшей температуры и разности температур между ними, а также двумя компараторами. Блоки выпрямления и выделения наибольшего напряжения выполнены на операционных выпрямителях с диодно-резистивными обратными связями. Блоки индикации номеров модулей с наибольшей и наименьшей температурами нагрева выполнены на транзисторных ключах со светодиодами в коллекторных цепях. Устройство обеспечивает всесторонний контроль теплового состояния силовых модулей преобразователя напряжения и частоты, облегчает поиск и устранение неисправностей, характеризуется малыми габаритами, весом и стоимостью. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для контроля теплового состояния силовых модулей, входящих в состав преобразователей напряжения и частоты различного типа и назначения.

Известно устройство для контроля состояния ключей высоковольтного вентильного преобразователя (патент RU 2417498, МПК Н02Н 7/10, 27.04.2011), содержащее последовательно включенные силовые ключи, токоограничивающие резисторы, оптопередатчик с оптоприемником, устройство управления и защиты, дополнительный блок резисторов, блок измерения сигналов и датчик температуры, имеющий тепловой контакт с корпусом силового ключа и подключенный к блоку измерения сигналов. Недостаток устройства заключается в том, что с помощью одного датчика температуры невозможна дифференцированная оценка теплового состояния всех силовых ключей, входящих в преобразователь.

Известно защитное устройство для последовательно соединенных IGBT транзисторов (заявка CN 201708690, МПК Н02Н 7/10, Н02М 1/32, 12.01.2011), содержащее последовательно соединенные IGBT транзисторы, каждый из которых расположен на отдельном радиаторе и снабжен датчиками напряжения между эмиттером и коллектором, между затвором и эмиттером, а также датчиком температуры, контактирующим с радиатором, датчиком тока и блоком обработки снимаемой с датчиков информации. Недостатком устройства является обработка большого объема информации, что существенно усложняет устройство и снижает его надежность и быстродействие.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство управления двигателем (патент US 6268986, МПК Н02Н 5/04, 31.07.2001), содержащее двигатель, полупроводниковый преобразователь мощности, запитанный от сети постоянного тока и управляющий компьютерный блок. Преобразователь мощности включает в себя три силовых модуля, каждый из которых выполнен на двух IGBT транзисторах, двух обратных диодах и термочувствительном диоде, запитанном от источника постоянного тока и связанном через блоки фиксации перегрева и защиты с затворами IGBT соответствующего силового модуля. Недостаток устройства заключается в необходимости придания каждому модулю своих блоков фиксации перегрева и защиты, а также в низкой наглядности, не позволяющей обслуживающему персоналу оценить тепловое состояние устройства в целом, своевременно предупредить возникновение аварийных ситуаций и определить наиболее уязвимые в тепловом отношении элементы преобразователя.

Предлагаемое устройство основано на автоматическом определении температур наиболее и наименее нагретых модулей, температурного разбаланса между ними и средней температуры силовых модулей. Кроме того, устройство обеспечивает определение номеров (мест расположения) наиболее и наименее нагретых модулей. Наличие указанной информации позволяет обслуживающему персоналу своевременно провести профилактические работы по оптимизации тепловых режимов силовых модулей преобразователя.

На чертеже представлена функциональная схема устройства контроля тепловых режимов силовых модулей преобразователя. Устройство содержит трехфазный преобразователь 1 напряжения, вход которого соединен с источником 2 постоянного напряжения, а выход - с нагрузкой 3. Преобразователь 1 выполнен на силовых модулях 4, 5, 6, на каждом из которых установлен датчик 7 температуры. Выходы блока 8 управления преобразователем 1 связаны с затворами IGBT транзисторов 9, 10 модулей 4, 5, 6. Устройство также снабжено двумя блоками 11, 12 выпрямления и выделения наибольшего напряжения, суммирующим 13 и разностным 14 усилителями, блоками 15, 16 индикации номеров силовых модулей с наибольшей и наименьшей температурой нагрева, индикатором 17 средней температуры модулей 4, 5, 6, индикаторами 18, 19 наибольшей и наименьшей температур модулей, индикатором 20 разности температур между ними и двумя компараторами 21, 22. Датчики 7 модулей 4, 5, 6 подключены к входам усилителя 13 и к входам блока 11, основной выход (наибольшего напряжения) 23 которого связан с одним из входов усилителя 14 и с входами индикатора 18 и компаратора 21. Первая группа выходов 24, 25, 26 блока 11 связана с входами блока 15, а вторая группа выходов 27, 28, 29 - с входами блока 12. Основной выход (наибольшего напряжения) 30 блока 12 соединен со вторым входом усилителя 14, с входом индикатора 20 и с входом компаратора 22, а первая группа выходов 31, 32, 33 блока 12 связана с входами блока 16. Выходы усилителей 13, 14 подключены соответственно к индикаторам 17, 19.

Блоки 11, 12 выполнены на операционных выпрямителях 34, 35, 36 с диодно-резистивными обратными связями. Количество входящих в блоки 11, 12 операционных выпрямителей определяется количеством контролируемых силовых модулей, содержащихся в преобразователе 1, и практически ничем не ограничено. Многоуровневые, высоковольтные и преобразователи большой мощности, как правило, содержат большое количество силовых модулей, нуждающихся в контроле. Входы операционных выпрямителей 34, 35, 36 подключены к входам блоков 11, 12. Выходы выпрямленного напряжения одной полярности (отрицательной) 37, 38, 39 выпрямителей 34, 35, 36 блоков 11, 12 объединены и соединены соответственно с выходами 23, 30. Выходы невыпрямленного напряжения 40, 41, 42 выпрямителей 34, 35, 36 блоков 11, 12 связаны с первыми группами выходов, соответственно 24, 25, 26 и 31, 32, 33. А выходы выпрямленного напряжения другой полярности (положительной) 43, 44, 45 выпрямителей 34, 35, 36 блока 11 соединены с его второй группой выходов 27, 28, 29.

Блоки 15, 16 выполнены на транзисторных ключах 46, 47 48, входы которых подключены к входам блоков, а к коллекторам ключей подсоединены светодиоды 49, 50, 51, индицирующие номера соответствующих модулей.

Устройство контроля тепловых режимов силовых модулей преобразователя работает следующим образом.

При включении преобразователя 1 и его работе на нагрузку 3 на модулях 4, 5, 6 выделяется тепловая энергия, приводящая к повышению их температуры. В зависимости от величины нагрузки 3, режима работы преобразователя 1, климатических условий окружающей среды, особенностей примененных систем охлаждения и индивидуальных характеристик модулей 4, 5, 6 изменяется степень их нагрева. На выходах датчиков 7 модулей 4, 5, 6 появляются постоянные (положительные) напряжения, пропорциональные установившимся на них температурам - Т4, Т5, Т6. В блоке 11 на объединенных выходах 37, 38, 39 выпрямителей 34, 35, 36 выделяется наибольшее (по величине) входное напряжение, например, от датчика 7 модуля 4. При этом на выходе 42 усилителя 36 блока 11 появляется отрицательное напряжение, а на выходах 40, 41 усилителей 34, 35 - положительные напряжения, под действием которых в блоке 15 открывается ключ 48 и закрываются ключи 46, 47. В результате в блоке 15 загорается светодиод 51, сигнализирующий о том, что наибольшая температура установилась на модуле 4. Одновременно с этим на выходе 45 усилителя 36 устанавливается нулевой потенциал, а на выходах 43 и 44 выпрямителей 34 и 35 появляются напряжения пропорциональные разностям температур Т46 и Т45. Блок 12 из указанных напряжений также выделяет наибольшее напряжение, пропорциональное максимальной разности температур, например Т45. Очевидно, что одно из входящих в эту разность напряжений пропорционально максимальной температуре модуля 4, а другое - минимальной температуре модуля 5. При этом на выходе 41 усилителя 35 блока 12 появляется отрицательное напряжение, а на выходах 40, 42 усилителей 34, 36 - положительные напряжения, под действием которых в блоке 16 открывается ключ 47 и закрываются ключи 46, 48. В результате в блоке 12 загорается светодиод 50, сигнализирующий о том, что наименьшая температура установилась на модуле 5.

Напряжение с выхода 23 блока 11 поступает на входы индикатора 18 наибольшей температуры и на вход компаратора 21, сигнализирующего о перегреве соответствующего модуля. Напряжения с выходов датчиков 7 всех модулей 4, 5, 6 подаются на входы суммирующего усилителя 13, вычисляющего среднеарифметическое значение температуры модулей, входящих в преобразователь 1. Выход усилителя 13 подключен к индикатору 17 средней температуры. Напряжение с выхода 23 блока 11, пропорциональное максимальной температуре, и напряжение с выхода 30 блока 12, пропорциональное разности максимальной и минимальной температур, поступают на входы разностного усилителя 14, вычисляющего минимальную температуру соответствующего модуля. Выход усилителя 14 подключен к индикатору 19 температуры наименее нагретого модуля (под номером 5). Выход 33 блока 12 подсоединен также к индикатору 20 разности температур наиболее и наименее нагретых модулей и к компаратору 22, сигнализирующему о недопустимом температурном разбалансе в преобразователе 1.

Таким образом, устройство обеспечивает всесторонний контроль теплового состояния модулей, входящих в состав преобразователя напряжения и частоты. Благодаря этому достигается своевременное обнаружение перегруженных или недогруженных модулей и, как следствие, повышается надежность эксплуатации преобразователя. Наиболее эффективно применение устройства в преобразователях с большим числом силовых модулей, включенных последовательно и/или параллельно. Устройство реализовано на широко распространенной элементной базе и характеризуется низкой стоимостью, малыми весом и габаритами.

1. Устройство контроля тепловых режимов силовых модулей преобразователя, содержащее трехфазный преобразователь напряжения, вход которого соединен с источником постоянного напряжения, а выход - с нагрузкой и выполненный на силовых модулях, на каждом из которых установлен датчик температуры, и блок управления преобразователем, выходы которого связаны с затворами IGBT транзисторов силовых модулей, отличающееся тем, что оно снабжено двумя блоками выпрямления и выделения наибольшего напряжения, суммирующим и разностным усилителями, блоками индикации номеров силовых модулей с наибольшей и наименьшей температурами нагрева, индикатором средней температуры модулей, индикаторами наибольшей и наименьшей температур модулей, индикатором разности температур между ними и двумя компараторами, причем датчики температуры силовых модулей подключены к входам суммирующего усилителя и к входам первого блока выпрямления и выделения наибольшего напряжения, основной выход которого связан с одним из входов разностного усилителя и с входами индикатора наибольшей температуры и первого компаратора, первая группа выходов - с входами блока индикации номера модуля с наибольшей температурой, а вторая группа выходов - с входами второго блока выпрямления и выделения наибольшего напряжения, основной выход второго блока выпрямления и выделения наибольшего напряжения соединен со вторым входом разностного усилителя, с входом индикатора разности между температурами наиболее и наименее нагретых модулей и с входом второго компаратора, а первая группа выходов - с входами блока индикации номера наименее нагретого модуля, а выходы суммирующего и разностного усилителей подключены соответственно к индикаторам средней температуры модулей и температуры наименее нагретого модуля.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блоки выпрямления и выделения наибольшего напряжения выполнены на операционных выпрямителях с диодно-резистивными обратными связями, входы которых подключены к входам блоков, выходы выпрямленного напряжения одной полярности объединены и соединены с основным выходом наибольшего напряжения блоков, выходы невыпрямленного напряжения - с первой группой выходов, а выходы выпрямленного напряжения другой полярности - со второй группой выходов.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блоки индикации номеров модулей с наибольшей и наименьшей температурами модулей выполнены на транзисторных ключах, входы которых подключены к входам блоков, а к коллекторам транзисторов подключены светодиоды, индицирующие соответствующие номера.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат - снижение подверженности к сбоям путем контроля нескольких параллельных проводов.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение точности тепловой защиты электроустановки.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для контроля теплового состояния силовых модулей, входящих в состав статических преобразователей напряжения и частоты различного типа и назначения.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроприводах на основе коллекторных электродвигателей, в частности для тяговых электродвигателей электропоездов.

Изобретение относится к электротехнике и реализует простой и универсальный способ контроля и защиты инвертора от перегрузок как по активной, так и по полной мощности, что обеспечивает безопасность его эксплуатации без ограничения мощностных возможностей инвертора.

Изобретение относится к технике диагностирования маслонаполненного оборудования. Технический результат состоит в расширении диапазона измеряемых величин и повышении точности измерения.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - обеспечение точного контроля без необходимости непосредственных измерений и снижение числа контролируемых факторов с обеспечением точности контроля.

Использование: в области электротехники. Шинная распределительная систем (1) включает в себя множество соединенных друг с другом, одно- или многофазных модульных отрезков (2) шинопровода, к шинной распределительной системе подключены несколько ответвительных коробок (3) и/или электрических приборов (4).

Изобретение относится к защитному устройству для крана, которое может стабильно использоваться при температуре, не превышающей минимальную эксплуатационную температуру электронных устройств.

Изобретение относится к реле перегрузки для защиты электродвигателя или иного устройства от состояния тепловой перегрузки. Технический результат заключается в уменьшении размеров реле перегрузки, снижении его стоимости и осуществлении возможности его использования с источником постоянного тока.

Использование: в области электротехники. Технический результат – уменьшение времени срабатывания защиты. Согласно способу рассчитывают минимальные токи однофазного короткого замыкания по длине этой воздушной линии с учетом сопротивления дуги в месте замыкания и эффекта «теплового спада», строят график функции изменения величины минимального тока однофазного короткого замыкания от длины участка воздушной линии напряжением 380 В между трансформаторной подстанцией и точкой однофазного короткого замыкания, выбирают по условиям отстройки от рабочих и пиковых токов электрической нагрузки воздушной линии напряжением 380 В номинальный ток вставки плавкого предохранителя и устанавливают его в трансформаторной подстанции в начале воздушной линии напряжением 380 В, рассчитывают и строят на графике по паспортным защитным времятоковым характеристикам вставки выбранного плавкого предохранителя и графику функции изменения величины минимального тока однофазного короткого замыкания от длины участка воздушной линии напряжением 380 В зависимость времени срабатывания выбранного плавкого предохранителя от длины воздушной линии напряжением 380 В, определяют по этой зависимости зону защиты выбранного плавкого предохранителя, установленного в трансформаторной подстанции в начале воздушной линии напряжением 380 В, в которой обеспечивается время срабатывания не более 5 секунд, устанавливают в конце его зоны защиты секционирующий плавкий предохранитель, если установленный в начале воздушной линии напряжением 380 В плавкий предохранитель не обеспечивает защиту всей линии со временем срабатывания не более 5 секунд, причем номинальный ток вставки секционирующего плавкого предохранителя выбирают по условиям отстройки от рабочих и пиковых токов нагрузки оставшегося участка воздушной линии напряжением 380 В. 2 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат – повышение точности определения времени срабатывания защиты. Способ включает контроль отклонения от максимально допустимого значения температуры наиболее подверженной перегреву контактной поверхности токоведущего контактного соединения в составе коммутационного аппарата и генерацию сигнала, по которому определяют время достижения контактной поверхностью максимально допустимой температуры. Дополнительно в способе в режиме мониторинга измеряют значение прямоугольного импульса тока и сравнивают измеренную величину с заданным пороговым значением испытательного или эксплуатационного прямоугольного импульса тока, в случае превышения током своего порогового значения проводят температурный контроль контактной поверхности в режиме динамического мониторинга на интервале времени нагрева контактного соединения. Далее проводят пересчет измеренных в ходе динамического мониторинга значений температуры, доступной для прямых измерений внешней поверхности контакт-детали, в соответствующие значения температуры, недоступной для прямых измерений контактной поверхности контактного соединения, и по зарегистрированным косвенным измерениям температуры контактной поверхности строят линейное уравнение регрессии, из которого определяют момент времени до отключения коммутационного аппарата. 4 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для защиты электрических двигателей от тепловых перегрузок. Техническим результатом является повышение точности порога срабатывания защиты. Способ защиты электрического двигателя от технологических перегрузок, состоящий в том, что фиксируют ток двигателя, преобразуют его в величину и производят отключение двигателя, за критерий опасного режима принимают мгновенное значение температуры нагрева мощностью независимо от формы тока, фиксируют мгновенное значение тока перегрузки, проходящего через двигатель, и мгновенное значение напряжения на двигателе, перемножают их и величину, пропорциональную получившейся в результате перемножения мощности, рассеиваемой в двигателе и греющей его, подают на элементы, воссоздающие экспоненциальные зависимости, соответствующие кривым нагрева различных условных участков структуры защищаемого двигателя, причем параметры элементов получают путем разложения экспериментально снятой кривой нагрева наиболее опасного в тепловом отношении участка физической структуры защищаемого двигателя на составляющие ее экспоненты, а параметры на выходе указанных элементов складывают, получая параметр, пропорциональный мгновенному значению температуры перегрева наиболее опасного участка физической структуры двигателя относительно окружающей среды, который складывают со значением параметра, пропорционального температуре окружающей среды, а получающуюся в результате суммирования величину, пропорциональную мгновенному значению температуры нагрева наиболее опасного участка физической структуры двигателя, сравнивают с температурой уставки срабатывания защиты, а результат сравнения преобразуют в соответствующие электрические сигналы, с помощью которых производят защитное отключение двигателя. Устройство защиты двигателя от перегрузки состоит из датчика тока (1), двигателя (6), подключенного к преобразователю (3), который преобразует в предлагаемом устройстве мощность, рассеиваемую в двигателе (6), в величину, пропорциональную мгновенному значению температуры опасного участка структуры защищаемого двигателя (6). К входу преобразователя (3) подключен также датчик напряжения на двигателе (2). Выход преобразователя (3) подключен через контакты (4) к контактору (5), предназначенному для защитного отключения двигателя (6). 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах питания асинхронных двигателей как общепромышленного, так и специального назначения. Техническим результатом является обеспечение защиты двигателя от перегрева вследствие повреждений обмоток при повреждении электрической цепи ротора и обеспечения бесперебойной работы двигателя в подобных режимах. В устройство питания асинхронного двигателя, содержащее три мостовых инвертора, питаемых от сети постоянного напряжения и управляемых от трехфазного источника сигналов, введены преобразователи уровней, пик-детекторы фазных напряжений, блок формирования средней амплитуды, аналоговые умножители напряжения, трансформаторы тока, соединенные выходами с сумматорами, вторыми входами у которых являются выходы аналоговых умножителей напряжения, первыми входами которых являются выходы задающего генератора, формирующего фазные напряжения и синхронизированного с питающей сетью, а вторыми - выход блока нелинейного преобразования, вход которого соединен с выходом блока формирования средней амплитуды, входы которого подключены к выходам пик-детекторов, входы которых подключены к выходам преобразователей уровней, входы которых подключены к зажимам питания двигателя, который подключен к выходам мостовых инверторов, к управляющим входам которых подключены выходы сумматоров. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для контроля теплового состояния силовых модулей, входящих в состав статических преобразователей напряжения и частоты различного назначения. Техническим результатом является автоматизация выявления наиболее и наименее нагретых модулей, уменьшение аппаратных затрат, повышение надежности и быстродействия, а также высокая информационность устройства. Устройство контроля тепловых режимов силовых модулей преобразователя снабжено двумя блоками выпрямления и выделения наибольшего напряжения, суммирующим и разностным усилителями, блоками индикации номеров модулей с наибольшей и наименьшей температурами нагрева, индикаторами средней температуры, наибольшей и наименьшей температуры и разности температур между ними, а также двумя компараторами. Блоки выпрямления и выделения наибольшего напряжения выполнены на операционных выпрямителях с диодно-резистивными обратными связями. Блоки индикации номеров модулей с наибольшей и наименьшей температурами нагрева выполнены на транзисторных ключах со светодиодами в коллекторных цепях. Устройство обеспечивает всесторонний контроль теплового состояния силовых модулей преобразователя напряжения и частоты, облегчает поиск и устранение неисправностей, характеризуется малыми габаритами, весом и стоимостью. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх