RU89246U1

RU89246U1 - CONTACTLESS CONTROL DEVICE FOR SEMICONDUCTOR ELEMENTS OF BRIDGE RECTIFIERS

Info

Publication number: RU89246U1
Application number: RU2009100678/22U
Authority: RU
Inventors: Александр Гургенович Сукиязов; Борис Николаевич Просянников; Григорий Борисович Просянников; Владимир Владимирович Нестеров; Алексей Николаевич Колесников; Владимир Валерьевич Лозовский; Андрей Рахимович Рашитов
Priority date: 2009-01-11
Filing date: 2009-01-11
Publication date: 2009-11-27

Abstract

Устройство бесконтактного контроля исправности полупроводниковых элементов мостовых выпрямителей, включающее датчик напряженности магнитного поля, усилитель сигнала датчика и полосовой фильтр, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы устройства за счет упрощения структуры и алгоритма работы, а также расширения области применения, сигнал с выхода полосового фильтра, настроенного на частоту ω, где ω - частота питающего напряжения, подается на вход компаратора, имеющего установленный уровень срабатывания, выход которого подключен к индикатору, при этом датчик напряженности магнитного поля подключен в цепь нагрузки выпрямителя по схеме трансформатора тока.A non-contact device for monitoring the health of semiconductor elements of bridge rectifiers, including a magnetic field sensor, a sensor signal amplifier and a bandpass filter, characterized in that, in order to increase the reliability of the device by simplifying the structure and algorithm of operation, as well as expanding the scope, the output signal a band-pass filter tuned to the frequency ω, where ω is the frequency of the supply voltage, is fed to the input of a comparator having a set level of operation, the output of which a connected to the indicator, wherein the magnetic field sensor is connected in the load circuit of the rectifier circuit of the current transformer.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к электроизмерительной технике и может быть использована для бесконтактного дистанционного непрерывного контроля исправности полупроводниковых элементов однофазных мостовых выпрямителей.The proposed utility model relates to electrical engineering and can be used for contactless remote continuous monitoring of the health of semiconductor elements of single-phase bridge rectifiers.

Известно устройство для контроля полупроводниковых приборов, входящих в состав выпрямителя, подключаемое к контролируемому полупроводниковому прибору с помощью щупов, которое производит контроль исправности прибора (определение его технического состояния) путем оценки реакции полупроводникового прибора на стимулирующее воздействие в виде прямоугольных импульсов, следующих от специального генератора [Маркин В.В. и др. Техническая диагностика вентильных преобразователей / В.В.Маркин, В.Н.Миронов, С.Г.Обухов. - М.: Энергоатомиздат. 1985.].A device for monitoring semiconductor devices that are part of the rectifier, connected to a controlled semiconductor device using probes, which monitors the health of the device (determining its technical condition) by evaluating the response of a semiconductor device to a stimulating effect in the form of rectangular pulses following from a special generator [ Markin V.V. et al. Technical Diagnostics of Valve Converters / V.V. Markin, V.N. Mironov, S.G. Obukhov. - M .: Energoatomizdat. 1985.].

При использовании данного устройства необходимо обеспечить контактное соединение контролирующего устройства с объектом контроля - полупроводниковым прибором.When using this device, it is necessary to provide a contact connection of the controlling device with the control object - a semiconductor device.

Известно устройство, реализующее способ экспресс-диагностики выпрямительных элементов блоков питания [А.Г.Сукиязов, Б.Н.Просянников Способ экспресс-диагностики выпрямительных элементов блоков питания. А.с. №1718159, 1989 г.]. Устройство содержит датчик напряженности магнитного поля, размещенный вблизи трансформатора блока питания, подключенный к группе полосовых фильтров и схеме логической обработки сигналов. Принцип действия устройства заключается в том, что из сигнала датчика магнитного поля, пропорционального напряженности внешнего магнитного поля трансформатора блока питания, с помощью узкополосных фильтров, настроенных на частоты ω, 2ω и 3ω (ω - частота питающего напряжения), выделяется информативный параметр в виде спектра амплитуд соответствующих частот, после чего осуществляется сравнение полученных величин с эталонными (опорными) сигналами. После этого в логическом блоке в зависимости от комбинаций соотношений амплитуд указанных сигналов реализуется один из вариантов выходного сигнала, касающихся исправности выпрямительных элементов.A device is known that implements a method for express diagnostics of rectifier elements of power supplies [A.G. Sukiyazov, B.N. Prosyannikov Method for express diagnostics of rectifier elements of power supplies. A.S. No. 1718159, 1989]. The device contains a magnetic field sensor located near the transformer of the power supply, connected to a group of bandpass filters and a logic signal processing circuit. The principle of operation of the device is that from the signal of the magnetic field sensor proportional to the external magnetic field of the transformer of the power supply, with the help of narrow-band filters tuned to the frequencies ω, 2ω and 3ω (ω is the frequency of the supply voltage), an informative parameter in the form of a spectrum amplitudes of the corresponding frequencies, after which the obtained values are compared with the reference (reference) signals. After that, in the logic unit, depending on combinations of the ratios of amplitudes of the indicated signals, one of the output signal variants relating to the health of the rectifier elements is implemented.

Устройство содержит большое количество элементов и функциональных связей, что снижает надежностные характеристики его работы.The device contains a large number of elements and functional relationships, which reduces the reliability characteristics of its operation.

Известно устройство, наиболее близкое по совокупности существенных признаков предлагаемой полезной модели, осуществляющее бесконтактный мониторинг полупроводниковых элементов однофазных и трехфазных мостовых выпрямителей [А.Г.Сукиязов и др. Устройство бесконтактного мониторинга полупроводниковых элементов однофазных и трехфазных мостовых выпрямителей. Патент на полезную модель №66820, 2007 г.]. Устройство содержит датчик напряженности магнитного поля, размещаемый вблизи трансформатора выпрямителя, усилитель сигнала датчика, полосовой фильтр и схему логической обработки сигнала датчика, содержащую компараторы, логические схемы и индикаторы. Принцип действия устройства заключается в том, что из сигнала датчика магнитного поля, пропорционального напряженности внешнего магнитного поля трансформатора выпрямителя, с помощью узкополосного фильтра, настроенного на частоту 2ω (ω - частота питающего напряжения), выделяется информативный параметр в виде амплитуды соответствующей частоты, после чего в логическом блоке в зависимости от величины амплитуды указанного сигнала реализуется один из вариантов выходного сигнала, касающихся технического состояния выпрямительных элементов.A device is known that is closest in the set of essential features of the proposed utility model, which performs non-contact monitoring of semiconductor elements of single-phase and three-phase bridge rectifiers [A.G. Sukiyazov and other device for non-contact monitoring of semiconductor elements of single-phase and three-phase bridge rectifiers. Utility Model Patent No. 66820, 2007]. The device contains a magnetic field sensor located near the rectifier transformer, a sensor signal amplifier, a bandpass filter, and a sensor signal processing circuitry containing comparators, logic circuits, and indicators. The principle of operation of the device is that from the signal of the magnetic field sensor, proportional to the external magnetic field of the rectifier transformer, using an narrow-band filter tuned to a frequency of 2ω (ω is the frequency of the supply voltage), an informative parameter is extracted in the form of the amplitude of the corresponding frequency, after which in the logical unit, depending on the magnitude of the amplitude of the specified signal, one of the output signal variants is implemented that relates to the technical state of the rectifier elements.

Устройство, выбранное в качестве прототипа, содержит большое количество элементов и функциональных связей, что снижает надежностные характеристики его работы. Кроме того, датчик устройства измеряет параметры внешнего магнитного поля трансформатора выпрямителя, что ограничивает область его применения, в связи с тем, что доступ к трансформатору не всегда возможен, а в бестрансформаторных выпрямителях устройство неприменимо вообще.The device selected as a prototype contains a large number of elements and functional relationships, which reduces the reliability characteristics of its operation. In addition, the device’s sensor measures the parameters of the external magnetic field of the rectifier transformer, which limits its scope, due to the fact that access to the transformer is not always possible, and in transformerless rectifiers the device is not applicable at all.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое устройство, заключается в повышении надежности работы устройства за счет уменьшения количества входящих в его состав элементов, сокращения числа функциональных связей, упрощения алгоритма работы, а также расширения области применения. Технические результаты выражаются в повышении надежности работы устройства, упрощении алгоритма его работы и расширения области применения, в том числе и для бестрансформаторных выпрямителей.The problem to which the proposed device is aimed is to increase the reliability of the device by reducing the number of elements included in its composition, reducing the number of functional connections, simplifying the algorithm of work, and expanding the scope. Technical results are expressed in increasing the reliability of the device, simplifying the algorithm of its operation and expanding the scope, including for transformerless rectifiers.

Указанные технические результаты достигаются тем, что устройство бесконтактного контроля исправности полупроводниковых элементов мостовых выпрямителей (фиг.1) включает датчик (Д) напряженности внешнего магнитного поля тока, протекающего в цепи нагрузки выпрямителя, подключенный к токоотводящим проводам по схеме трансформатора тока, выход которого подключен к усилителю (У), выход которого подключен к узкополосному фильтру (Ф), настроенному на частоту ω (ω - частота питающего напряжения), выход которого подключен к компаратору (К), выход которого подключен к индикатору (Инд.).The indicated technical results are achieved by the fact that the non-contact device for monitoring the health of semiconductor elements of bridge rectifiers (Fig. 1) includes a sensor (D) of the external magnetic field of the current flowing in the load circuit of the rectifier, connected to down conductors according to the current transformer circuit, the output of which is connected to an amplifier (U), the output of which is connected to a narrow-band filter (Ф) tuned to the frequency ω (ω is the frequency of the supply voltage), the output of which is connected to the comparator (K), the output to connected to the indicator (Ind.).

Принцип действия предлагаемой полезной модели - устройства бесконтактного контроля исправности полупроводниковых элементов мостовых выпрямителей - заключается в следующем. Ток нагрузки, протекающий во вторичной обмотке трансформатора через выпрямительную мостовую схему и нагрузку, имеет пульсирующий характер с частотой пульсаций 100 Гц. В том случае, когда диоды схемы выпрямления исправны сигнал на выходе датчика Д после усиления поступает на фильтр Ф, где его дальнейшее преобразование прекращается..The principle of operation of the proposed utility model - a non-contact device for monitoring the health of semiconductor elements of bridge rectifiers - is as follows. The load current flowing in the secondary winding of the transformer through the rectifier bridge circuit and the load has a pulsating character with a ripple frequency of 100 Hz. In the case when the diodes of the rectification circuit are working, the signal at the output of the sensor D after amplification is fed to the filter F, where its further conversion stops.

При возникновении в схеме выпрямления неисправности типа «обрыв» диода схема трансформируется в однополупериодную и частота пульсаций тока становится равной 50 Гц. В этом случае сигнал датчика после усиления проходит через узкополосный фильтр (Ф), компаратор (К), срабатывающий при определенном значении входного сигнала, и фиксируется индикатором (И).When a diode “open” type fault occurs in the rectification circuit, the circuit transforms into a half-wave and the current ripple frequency becomes 50 Hz. In this case, the sensor signal after amplification passes through a narrow-band filter (Ф), a comparator (K), which operates at a certain value of the input signal, and is fixed by the indicator (I).

Если же диод имеет неисправность типа "пробой", то в схеме выпрямления реализуется ситуация однополупериодного короткого замыкания вторичной обмотки трансформатора, что приводит к еще более резкому искажению внешнего магнитного поля тока на частоте 50 Гц.If the diode has a breakdown type of fault, then in the rectification circuit a situation is realized of a half-wave short circuit of the secondary winding of the transformer, which leads to even sharper distortion of the external magnetic field of the current at a frequency of 50 Hz.

Таким образом, факт появления 50-герцовой спектральной составляющей в спектре амплитуд выходного сигнала датчика напряженности внешнего магнитного поля тока в цепи нагрузки будет однозначным свидетельством факта появления неисправности полупроводниковых элементов в однофазных мостовых выпрямителях.Thus, the fact of the appearance of a 50 Hz spectral component in the amplitude spectrum of the output signal of the sensor of the external magnetic field of the current in the load circuit will unequivocally indicate the occurrence of a malfunction of semiconductor elements in single-phase bridge rectifiers.

В связи с тем, что измерение параметров внешнего магнитного поля тока в цепи нагрузки осуществляется бесконтактно и дистанционно (т.е. вмешательства в процесс функционирования выпрямителей не происходит), то контроль исправности полупроводниковых элементов однофазных мостовых выпрямителей можно организовать с любой периодичностью, в том числе и непрерывно.Due to the fact that the measurement of the parameters of the external magnetic field of the current in the load circuit is carried out contactlessly and remotely (i.e., there is no interference with the operation of the rectifiers), the health monitoring of semiconductor elements of single-phase bridge rectifiers can be arranged at any frequency, including and continuously.

Таким образом, устройство бесконтактного контроля исправности полупроводниковых элементов мостовых выпрямителей работает следующим образом. Датчик магнитного поля, подключенный после схемы выпрямления в цепь нагрузки по схеме трансформатора тока, формирует сигнал, пропорциональный напряженности внешнего магнитного поля тока. В том случае, если полупроводниковые элементы исправны, сигнал с выхода датчика после усиления поступает на узкополосный фильтр, где его дальнейшее преобразование прекращается, в связи с отсутствием в нем составляющей сигнала с частотой ω (ω - частота питающего напряжения).Thus, the device of non-contact health monitoring of semiconductor elements of bridge rectifiers works as follows. The magnetic field sensor, connected after rectification to the load circuit according to the current transformer circuit, generates a signal proportional to the strength of the external magnetic field of the current. In the event that the semiconductor elements are operational, the signal from the output of the sensor after amplification is fed to a narrow-band filter, where its further conversion stops, due to the absence of a signal component in it with a frequency ω (ω is the frequency of the supply voltage).

При возникновении неисправности типа "обрыв" (либо «пробой») диода сигнал спектральной составляющей с частотой ω, проходит через фильтр и поступает на вход компаратора К, настроенного на срабатывание при определенном значении напряжения входного сигнала (для исключения случайных срабатываний при исправных диодах). Компаратор К срабатывает, сигнал с его выхода фиксируется индикатором И.In the event of a breakdown of the type “breakdown” (or “breakdown”) of the diode, the signal of the spectral component with frequency ω passes through the filter and goes to the input of the comparator K, which is configured to operate at a certain value of the input signal voltage (to exclude accidental operations with healthy diodes). The comparator K is triggered, the signal from its output is fixed by the indicator I.

Предлагаемая полезная модель обладает существенным положительным эффектом, заключающимся в повышении надежности работы устройства за счет уменьшения количества входящих в его состав элементов, сокращения числа функциональных связей между ними, упрощения алгоритма работы устройства и расширения области применения, в том числе для бестрансформаторных выпрямителей.The proposed utility model has a significant positive effect, which consists in increasing the reliability of the device by reducing the number of elements included in its composition, reducing the number of functional connections between them, simplifying the algorithm of the device and expanding the scope, including for transformerless rectifiers.

Claims

A non-contact device for monitoring the health of semiconductor elements of bridge rectifiers, including a magnetic field sensor, a signal amplifier and a bandpass filter, characterized in that, in order to increase the reliability of the device by simplifying the structure and algorithm of operation, as well as expanding the scope, the output signal a band-pass filter tuned to the frequency ω, where ω is the frequency of the supply voltage, is fed to the input of a comparator having a set level of operation, the output of which a connected to the indicator, wherein the magnetic field sensor is connected in the load circuit of the rectifier circuit of the current transformer.