PL209281B1

PL209281B1 - Sposób i układ do diagnozowania uszkodzeń równoległych gałęzi z półprzewodnikami mocy w układach prostowniczych

Info

Publication number: PL209281B1
Application number: PL382426A
Authority: PL
Inventors: Stanisław Szkółka; Grzegorz Wiśniewski
Original assignee: Politechnika Wroclawska
Priority date: 2007-05-16
Filing date: 2007-05-16
Publication date: 2011-08-31
Also published as: PL382426A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ do diagnozowania uszkodzeń równoległych gałęzi z pół przewodnikami mocy w ukł adach prostowniczych, zwłaszcza w prostownikach niesterowalnych i sterowanych 3-, 6- i 12-to pulsowych.

Do zasilania odbiorników prądu stałego przy znacznych wartościach napięć i prądów stosuje się szeregowe i równolegle połączone półprzewodniki mocy. Łączenie równoległe ma na celu zwiększenie wartości prądów obciążenia. Układy takie stosuje się w podstacjach trakcyjnych zasilających, np. kolejową trakcję prądu stałego. Wykrycie uszkodzonej (wyłączonej przez bezpiecznik) jednej z wielu gałęzi równoległych jest trudne. Zazwyczaj ogranicza się do sygnalizacji optycznej neonówką włączoną równolegle do każdego z półprzewodników mocy. Z uwagi na znaczną liczbę tych elementów i fakt iż stacje te z reguły pracują bez stałej obsługi, monitorowanie stanu potencjalnych uszkodzeń każdego z wielu elementów jest niemoż liwe.

Znany z książki J. Wyborski, T. Lipski, J. Czucha „Zabezpieczenia diod i tyrystorów” WNT Warszawa 1985 układ kontroli przewodzenia równolegle połączonych półprzewodników mocy wykorzystuje kontaktrony pobudzane przez prądy poszczególnych półprzewodników mocy, co znacznie komplikuje układ w przypadku prostowników 6-cio i 12-to pulsowych. Dodatkową niedogodnością tego układu jest możliwość sklejania się styczek na skutek występowania znacznych wartości prądów zwarciowych, jak również zjawisko remanentu magnetycznego występującego szczególnie w kontaktronach pobudzanych prądem stałym. Inną niedogodnością tego rozwiązania jest impulsowa praca pobudzanych prądami gałęzi prostownika kontaktronów, co ogranicza ich żywotność. Z uwagi na wysoki potencjał łączonych równolegle gałęzi występuje niebezpieczeństwo przebicia do obwodów niskonapięciowych (styczek kontaktronów).

Istota sposobu według wynalazku, polega na tym, że za pomocą cewki Rogowskiego podłączonej do układu monitorującego, mierzy się sygnał napięciowy indukowany przez prądy przewodów równoległych gałęzi zawierających szeregowo ze sobą połączone półprzewodnikowy element mocy i bezpiecznik, tworzących jedną grupę. Nastę pnie, zmierzony sygnał porównuje się z sygnałem zmierzonym dla nieuszkodzonych elementów grupy prostownika, a każda różnica w przebiegu impulsów napięciowych indukowanych w cewce obejmującej wszystkie gałęzie jednej grupy, stanowi kryterium wykrywania uszkodzonego elementu w danej grupie, przy czym przewody gałęzi przeprowadza się przez okno cewki Rogowskiego tak, że kierunki prądów w nich płynących są do siebie przeciwne.

Istota układu według wynalazku polega na tym, że każdy z przewodów równoległych gałęzi zawierających szeregowo ze sobą połączone półprzewodnikowy element mocy i bezpiecznik, tworzących jedną grupę, jest przeprowadzony przez okno cewki Rogowskiego podłączonej do układu monitorującego. Przewody gałęzi są tak przeprowadzone przez okno cewki Rogowskiego, że kierunki prądów w nich płynących są do siebie przeciwne.

Korzystnie, półprzewodnikowym elementem mocy jest dioda albo tyrystor.

Zaletą sposobu według wynalazku, jest proste i szybkie uzyskanie informacji o stanie równolegle połączonych elementów półprzewodnikowych prostownika, która może stanowić wielkość kryterialną bądź dla zabezpieczeń lub sygnalizacji uszkodzenia jednej z gałęzi. Dodatkową zaletą nowego sposobu, jest galwaniczne odizolowanie układu monitorującego od elementów silnoprądowych.

Przedmiot wynalazku jest objaśniony w przykładzie realizacji i na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat układu prostownika 6-pulsowego niesterowalnego zbudowanego z bloków zawierających równolegle ze sobą połączone gałęzie z diodami i układem monitorującym wykorzystującym cewki Rogowskiego, fig. 2 - schemat pojedynczego bloku składającego się z gałęzi połączonych równolegle przewodów parzystych i nieparzystych, fig. 3 - przewody parzyste i nieparzyste przeprowadzone przez okno cewki Rogowskiego, a fig. 4 - charakterystyki prądowe gałęzi nieparzystych i gałęzi parzystych oraz napięciowe indukowane w cewce Rogowskiego od każdego z tych prądów przy nieuszkodzonych gałęziach bloku prostownika.

P r z y k ł a d 1

Sposób diagnozowania uszkodzeń równolegle ze sobą połączonych gałęzi z półprzewodnikami mocy w układach prostowniczych polega na tym, że za pomocą cewki Rogowskiego R podłączonej do układu monitorującego UM, mierzy się sygnał napięciowy indukowany przez prądy przewodów równoległych gałęzi nieparzystych N i parzystych P zawierających szeregowo ze sobą połączone półprzewodnikowy element mocy w postaci diody D i bezpiecznik B, tworzących jedną grupę G. Następnie, zmierzony sygnał porównuje się z sygnałem zmierzonym dla nieuszkodzonych elementów grupy G

PL 209 281 B1 prostownika, a każda różnica w przebiegu impulsów napięciowych Urn, Urp indukowanych w cewce R obejmującej wszystkie gałęzie jednej grupy G, stanowi kryterium wykrywania uszkodzonego elementu w danej grupie G, przy czym przewody gałęzi nieparzystych N i parzystych P przeprowadza się przez okno cewki Rogowskiego R tak, że kierunki prądów In i Ip w nich płynących są do siebie przeciwne.

P r z y k ł a d 2

Sposób diagnozowania uszkodzeń równolegle ze sobą połączonych gałęzi z półprzewodnikami mocy w układach prostowniczych, przebiega jak w przykładzie pierwszym, z tą różnicą, że za pomocą cewki Rogowskiego R mierzy się sygnał napięciowy indukowany przez prądy przewodów równoległych gałęzi nieparzystych N i parzystych P zawierających szeregowo ze sobą połączone półprzewodnikowy element mocy w postaci tyrystora T i bezpiecznik B.

P r z y k ł a d 3

Układ do diagnozowania uszkodzeń równolegle ze sobą połączonych gałęzi z półprzewodnikami mocy w układach prostowniczych, ma każdy z przewodów równoległych gałęzi nieparzystych N i parzystych P zawierających szeregowo ze sobą połączone półprzewodnikowy element mocy w postaci diody D i bezpiecznik B, tworzących jedną grupę G, przeprowadzony przez okno cewki Rogowskiego R podłączonej do układu monitorującego UM. Przewody gałęzi nieparzystych N i parzystych P są tak przeprowadzone przez okno cewki Rogowskiego R, że kierunki prądów In i Ip w nich płynących są do siebie przeciwne. Sygnał napięciowy z cewki Rogowskiego R jest kierowany do układu monitorującego UM.

P r z y k ł a d 4

Układ do diagnozowania uszkodzeń równolegle ze sobą połączonych gałęzi z półprzewodnikami mocy w układach prostowniczych wykonany jak w przykładzie trzecim, z tą różnicą, że półprzewodnikowym elementem mocy jest tyrystor T. W nowym układzie do diagnozowania uszkodzeń równolegle ze sobą połączonych gałęzi z półprzewodnikami mocy w układach prostowniczych przedstawionym, wszystkie przewody równolegle połączonych gałęzi jednego bloku G przeprowadzone są odpowiednio przez okno cewki Rogowskiego R. W przypadku nieuszkodzonych gałęzi, napięcie Ur będące sumą indukowanych napięć Urn i Urp od prądów poszczególnych gałęzi, wynosi zero (fig. 4). Uszkodzenie którejkolwiek gałęzi powoduje zachwianie tej równowagi i wyidukowanie się w cewce Rogowskiego R impulsów które doprowadzone do układu monitorującego stanowią kryterium wykrywania uszkodzonej gałęzi w ramach jednego bloku G.

Claims

1. Sposób diagnozowania uszkodzeń równoległych gałęzi z półprzewodnikami mocy w układach prostowniczych, znamienny tym, że za pomocą cewki Rogowskiego (R) podłączonej do układu monitorującego (UM) mierzy się, sygnał napięciowy indukowany przez prądy przewodów równoległych gałęzi (N, P) zawierających szeregowo ze sobą połączone półprzewodnikowy element mocy i bezpiecznik (B), tworzących jedną grupę (G), następnie zmierzony sygnał porównuje się z sygnałem zmierzonym dla nieuszkodzonych elementów grupy (G) prostownika, a każda różnica w przebiegu impulsów napięciowych (Ur) indukowanych w cewce obejmującej wszystkie gałęzie jednej grupy (G), stanowi kryterium wykrywania uszkodzonego elementu w danej grupie (G) przy czym przewody gałęzi (N, P) przeprowadza się przez okno cewki Rogowskiego (R) tak, że kierunki prądów (In i Ip) w nich płynących są do siebie przeciwne.

2. Układ do diagnozowania uszkodzeń równoległych gałęzi z półprzewodnikami mocy w układach prostowniczych, znamienny tym, że każdy z przewodów równoległych gałęzi (N, P) zawierających szeregowo ze sobą połączone półprzewodnikowy element mocy i bezpiecznik (B), tworzących jedną grupę (G), jest przeprowadzony przez okno cewki Rogowskiego (R) podłączonej do układu monitorującego (UM), przy czym przewody gałęzi (N, P) są tak przeprowadzone przez okno cewki Rogowskiego (R), że kierunki prądów (In i Ip) w nich płynących są do siebie przeciwne.

3. Układ według zastrz. 2, znamienny tym, że półprzewodnikowym elementem mocy jest dioda (D).

4. Układ według zastrz. 2, znamienny tym, że półprzewodnikowym elementem mocy jest ty-