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CN104730441B - 晶闸管故障检测装置 - Google Patents

晶闸管故障检测装置 Download PDF

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蒋哲
张驰
陈龙
刘强
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Abstract

本发明提供了一种晶闸管故障检测装置，包括开关、第一开关控制机构、电压检测机构和故障判断机构。所述开关与软启电阻串联后并联在晶闸管的两端；所述电压检测机构的输入端分别连接至所述晶闸管两端，用于检测晶闸管两端的电压差；所述电压检测机构的输出端与所述故障判断机构的输入端电连接；所述故障判断机构的输出端与控制器电连接，所述第一开关控制机构与所述电压检测机构串联。本发明的晶闸管故障检测装置，防止了驱动器在晶闸管故障时继续工作而造成的电容甚至控制器的损坏。而且，结构简单，使用方便。

Description

晶闸管故障检测装置
技术领域
本发明涉及检测装置技术领域，特别是涉及一种晶闸管故障检测装置。
背景技术
直线电机驱动器的整流电路中经常使用带有晶闸管的整流模块，当控制器接通电源后，整流模块中的整流部分将交流电源转化为直流电源，然后通过软启电阻向并联在直流母线两端的电容进行充电。当电容上的电压达到一定值时，控制器控制晶闸管开启。晶闸管导通后，软启电阻被旁路，控制器完成上电过程。但是，当晶闸管出现断路或短路的故障，而控制器无法获知晶闸管的故障状态时，会造成电容的损坏，甚至可能损坏控制器。
发明内容
鉴于现有技术的现状，本发明的目的在于提供一种晶闸管故障检测装置，使得在控制器的上电过程中，该晶闸管故障检测装置能够判断晶闸管是否故障，并将晶闸管的工作状态传送给控制器，避免造成电容及控制器的损坏。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种晶闸管故障检测装置，包括开关、第一开关控制机构、电压检测机构和故障判断机构；
所述开关与软启电阻串联后并联在晶闸管的两端；
所述电压检测机构的输入端分别连接所述晶闸管两端，用于检测晶闸管两端的电压差；所述电压检测机构的输出端与所述故障判断机构的输入端电连接；
所述故障判断机构的输出端与控制器电连接，所述第一开关控制机构与所述电压检测机构串联。
在其中一个实施例中，还包括辅助电源和第二开关控制机构；
所述辅助电源的输入端分别连接所述晶闸管的阴极和直流母线的下桥臂，所述辅助电源的输出端与所述第二开关控制机构电连接；
所述第二开关控制机构的输出端与所述第一开关控制机构电连接。
在其中一个实施例中，所述开关为常开型开关。
在其中一个实施例中，所述开关为常闭型开关。
在其中一个实施例中，所述故障判断机构包括比较检测机构和故障逻辑输出机构；
所述比较检测机构的输入端与所述电压检测机构的输出端电连接，所述比较检测机构的输出端与所述故障逻辑输出机构的输入端电连接；
所述故障逻辑输出机构的输出端与所述控制器电连接。
在其中一个实施例中，所述比较检测机构为比较器。
在其中一个实施例中，所述故障判断机构为CPU；
所述CPU的输入端与电压检测机构的输出端电连接，所述CPU的输出端与所述控制器电连接。
在其中一个实施例中，所述CPU为单片机、DSP、ARM、CPLD、FPGA或其他可编程的微处理器。
本发明的有益效果是：
本发明的晶闸管故障检测装置，通过检测晶闸管两端的电压差判断晶闸管的工作状态，并将晶闸管的工作状态传送给控制器，控制器根据晶闸管的工作状态作出相应的保护。这样防止了驱动器在晶闸管故障时继续工作而造成的电容甚至控制器的损坏。而且，结构简单，使用方便。
附图说明
图1为本发明的晶闸管故障检测装置常开方式一实施例的系统图；
图2为本发明的晶闸管故障检测装置常开方式另一实施例的系统图；
图3为本发明的晶闸管故障检测装置常闭方式一实施例的系统图；
图4为本发明的晶闸管故障检测装置常闭方式另一实施例的系统图。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案更加清楚，以下结合附图，对本发明的晶闸管故障检测装置及方法作进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明并不用于限定本发明。
参见图1至图4，该晶闸管故障检测装置设置在整流模块A1及其后端的电容之间。其中，整流模块A1包括整流电路和晶闸管VT1，整流电路由六个二极管V1～V6组成整流桥，用于将交流电源转化为直流电源。晶闸管VT1设置在直流母线的上桥臂上，即晶闸管VT1的阳极与二极管V1～V3的阴极电连接。
该晶闸管故障检测装置包括开关K、第一开关控制机构U0、电压检测机构U1和故障判断机构。其中，开关K与软启电阻R串联后并联在晶闸管VT1的两端。即软启电阻R的一端与晶闸管VT1的阳极电连接，软启电阻R的另一端与开关K的一端电连接，开关K的另一端连接晶闸管VT1的阴极。第一开关控制机构U0与电压检测机构U1串联，用于在控制器上电后，控制开关K处于闭合状态；在后端的电容充电完成后，控制开关K处于打开状态。
电压检测机构U1的两个输入端分别连接晶闸管VT1的两端，即电压检测机构的其中一个输入端连接晶闸管VT1的阳极，电压检测机构的另一个输入端连接晶闸管VT1的阴极。电压检测机构U1的输出端连接故障判断机构的输入端，故障判断机构的输出端连接控制器。
电压检测机构U1用于检测晶闸管VT1两端的电压差V0，并将该电压差V0传送给故障判断机构。故障判断机构根据接收到的晶闸管两端的电压差V0分析晶闸管VT1的工作状态，并将晶闸管VT1的工作状态传送给控制器。应当清楚的是，此处晶闸管VT1的工作状态包括晶闸管正常工作、晶闸管断路和晶闸管短路。
根据开关K的类型不同，该晶闸管故障检测装置可以分为常开方式的晶闸管故障检测装置和常闭方式的晶闸管故障检测装置。
如图1和图2所示为本发明的晶闸管故障检测装置的常开方式的系统图，其中，开关K为常开型开关并与软启电阻R串联。在控制器没有上电时，开关K处于打开状态。控制器上电后，第一开关控制机构U0控制开关K闭合。在后端电容充电完成后，第一开关控制机构U0控制开关K打开。
作为一种可实施方式，该晶闸管故障检测装置的常开方式的实施例中还包括辅助电源U4和第二开关控制机构U5。辅助电源U4的两个输入端分别连接至晶闸管VT1的阴极和直流母线的下桥臂。辅助电源U4的输出端连接第二开关控制机构U5的输入端，第二开关控制机构U5的输出端连接第一开关控制机构U0。
辅助电源U4用于在母线电压达到一定电压值（一般小于正常工作的电压值）时为控制器提供电源，并输出辅助电源U4的正常工作信号。第二开关控制机构U5接收到辅助电源U4的正常工作信号后输出控制信号，并将该控制信号传送给第一开关控制结构U0，第一开关控制机构U0控制开关K恢复打开的状态。
如图1所示为本发明的晶闸管故障检测装置常开方式的一实施例的系统图，其中，故障判断机构包括比较检测机构U2和故障逻辑输出机构U3。且比较检测机构U2的输入端与电压检测机构U1的输出端电连接，比较检测机构U2的输出端与故障逻辑输出机构U3的输入端电连接。优选地，比较检测机构U2为比较器。故障逻辑输出机构U3的输出端与控制器电连接，使得控制器能够获知晶闸管的工作状态并作出相应的保护动作。
当晶闸管VT1两端的电压差V0大于比较检测机构U2的预设电压差V1时，比较检测机构U2输出逻辑电平a，其中，逻辑电平a可以为高电平或低电平。当晶闸管VT1两端的电压差V0小于比较检测机构U2的预设电压差V1时，比较检测机构U2输出逻辑电平例如，当V0＞V1时，比较检测机构U2输出逻辑电平为1，则当V0＜V1时，比较检测机构U2的输出逻辑电平为0。
故障逻辑输出机构U3根据接收到的比较检测机构U2输出的逻辑电平判断晶闸管的工作状态，并将晶闸管的工作状态传送给控制器。当晶闸管VT1正常工作时，在控制器上电的过程中，晶闸管VT1被旁路，此时晶闸管两端的电压差V0较大，V0＞V1。当控制器上电完成后，开关K打开，控制器控制晶闸管VT1导通，此时，晶闸管两端的电压差V0会逐渐减小至接近0V，V0＜V1。因此，当晶闸管VT1正常工作时，电压检测机构U1先输出逻辑电平a，后输出逻辑电平
此时，故障逻辑输出机构U3对应输出两路电平值。当电压检测机构U1先输出逻辑电平a时，故障逻辑输出机构U3的其中一路输出逻辑电平b（逻辑电平b可以为高电平或低电平）并将该逻辑电平b的值锁定。且逻辑电平其中Vu3表示故障逻辑输出机构U3的初始电平。故障逻辑输出机构U3的另一路输出逻辑电平c。
当电压检测机构U1后输出逻辑电平时，故障逻辑输出机构U3的其中一路输出逻辑电平b（逻辑电平b可以为高电平或低电平）并将该逻辑电平b的值锁定。且逻辑电平其中Vu3表示故障逻辑输出机构U3的初始电平。故障逻辑输出机构U3的另一路输出逻辑电平
当晶闸管VT1断路时，晶闸管两端的电压差V0始终大于比较检测机构U2的预设电压差V1，比较检测机构U2的输出始终为逻辑电平a。此时，故障逻辑输出机构U3的其中一路输出逻辑电平b（逻辑电平b可以为高电平或低电平）并将该逻辑电平b的值锁定。且逻辑电平其中Vu3表示故障逻辑输出机构U3的初始电平。故障逻辑输出机构U3的另一路输出逻辑电平c。
当晶闸管VT1短路时，晶闸管两端的电压差V0接近为0V，晶闸管两端的电压差V0始终小于比较检测机构U2的预设电压差V1，比较检测机构U2的输出始终为逻辑电平此时，故障逻辑输出机构U3的其中一路输出逻辑电平b（逻辑电平b可以为高电平或低电平）并将该逻辑电平b的值锁定。且逻辑电平其中Vu3表示故障逻辑输出机构U3的初始电平。故障逻辑输出机构U3的另一路输出逻辑电平
综上所述，当晶闸管VT1正常工作时，逻辑判断机构输出的电平值存在由逻辑电平c到逻辑电平的跳变现象。当晶闸管VT1断路时，逻辑判断机构输出的电平始终为电平c。当晶闸管VT1短路时，逻辑判断输出机构输出的电平始终为控制器根据逻辑判断机构传送的电平值，判断晶闸管的工作状态。
如图2所示为本发明的晶闸管故障检测装置常开方式另一实施例的系统图。其中，故障判断机构为CPU。且CPU的输入端与电压检测机构U1的输出端电连接，CPU的输出端与控制器电连接。优选地，CPU可以为单片机、DSP、ARM、CPLD、FPGA或其他可编程的微处理器。
当晶闸管VT1正常工作时，电压检测机构U1先输出逻辑电平a，后输出电平当晶闸管VT1断路时，电压检测机构U1始终输出逻辑电平a。当晶闸管VT1短路时，电压检测机构U1始终输出逻辑电平这样，CPU可以根据电压检测机构U1输出的电平值，判断晶闸管的工作状态，并将晶闸管的工作状态传送给控制器。
如图3和图4所示为本发明的晶闸管故障检测装置的常闭方式的系统图，其中，开关K为常闭型开关并与软启电阻R串联。在控制器没有上电时，开关K处于闭合状态。控制器上电后，开关K仍然处于闭合状态。在后端电容充电完成后，第一开关控制机构U0控制开关K打开。
如图3所示为本发明的晶闸管故障检测装置常闭方式的一实施例的系统图，其中，故障判断机构包括比较检测机构U2和故障逻辑输出机构U3。且比较检测机构U2的输入端与电压检测装置U1的输出端电连接，比较检测机构U2的输出端与故障逻辑输出机构U3的输入端电连接。优选地，该比较检测机构U2为比较器。故障逻辑输出机构U3的输出端与控制器电连接，使得控制器能够获知晶闸管的工作状态并作出相应的保护动作。
当晶闸管VT1两端的电压差V0大于比较检测机构U2的预设电压差V1时，比较检测机构U2输出逻辑电平a，其中，逻辑电平a可以为高电平或低电平。当晶闸管VT1两端的电压差V0小于比较检测机构U2的预设电压差V1时，比较检测机构U2输出逻辑电平例如，当V0＞V1时，比较检测机构U2输出电平为1，则当V0＜V1时，比较检测机构U2的输出电平为0。
故障逻辑输出机构U3根据接收到的比较检测机构U2输出的电平判断晶闸管的工作状态，并将晶闸管的工作状态传送给控制器。当晶闸管VT1正常工作时，在控制器上电的过程中，晶闸管VT1被旁路，此时晶闸管两端的电压差V0较大，V0＞V1。当控制器上电完成后，开关K打开，控制器控制晶闸管VT1导通，此时，晶闸管两端的电压差V0会逐渐减小至接近0V，V0＜V1。因此，当晶闸管VT1正常工作时，电压检测机构U1先输出电平a，后输出电平
此时，故障逻辑输出机构U3对应输出两路电平值。当电压检测机构U1先输出逻辑电平a时，故障逻辑输出机构U3的其中一路输出逻辑电平b（逻辑电平b可以为高电平或低电平）并将该逻辑电平b的值锁定。且逻辑电平其中Vu3表示故障逻辑输出机构U3的初始电平。故障逻辑输出机构U3的另一路输出逻辑电平c。
当电压检测机构U1后输出逻辑电平时，故障逻辑输出机构U3的其中一路输出逻辑电平b（逻辑电平b可以为高电平或低电平）并将该逻辑电平b的值锁定。且逻辑电平其中Vu3表示故障逻辑输出机构U3的初始电平。故障逻辑输出机构U3的另一路输出逻辑电平
当晶闸管VT1断路时，晶闸管两端的电压差V0始终大于比较检测机构U2的预设电压差V1，比较检测机构U2的输出始终为逻辑电平a。此时，故障逻辑输出机构U3的其中一路输出逻辑电平b（逻辑电平b可以为高电平或低电平）并将该逻辑电平b的值锁定。且逻辑电平其中Vu3表示故障逻辑输出机构U3的初始电平。故障逻辑输出机构U3的另一路输出逻辑电平c。
当晶闸管VT1短路时，晶闸管两端的电压值V0接近为0V，晶闸管两端的电压差V0始终小于比较检测机构U2的预设电压差V1，比较检测机构U2的输出始终为电平此时，故障逻辑输出机构U3的其中一路输出逻辑电平b（逻辑电平b可以为高电平或低电平）并将该逻辑电平b的值锁定。且逻辑电平其中Vu3表示故障逻辑输出机构U3的初始电平。故障逻辑输出机构U3的另一路输出逻辑电平
综上所述，当晶闸管VT1正常工作时，逻辑判断机构输出的电平值存在由逻辑电平c到逻辑电平的跳变现象。当晶闸管VT1断路时，逻辑判断机构输出的电平始终为逻辑电平c。当晶闸管VT1短路时，逻辑判断输出机构输出的电平始终为逻辑控制器根据逻辑判断机构传送的电平值，判断晶闸管的工作状态。
如图4所示为本发明的晶闸管故障检测装置常开方式另一实施例的系统图。其中，故障判断机构为CPU。且CPU的输入端与电压检测机构U1的输出端电连接，CPU的输出端与控制器电连接。优选地，CPU可以为单片机、DSP、ARM、CPLD、FPGA或其他可编程的微处理器。
当晶闸管VT1正常工作时，电压检测机构U1先输出逻辑电平a，后输出逻辑电平当晶闸管VT1断路时，电压检测机构U1始终输出逻辑电平a。当晶闸管VT1短路时，电压检测机构U1始终输出逻辑电平这样，CPU可以根据电压检测机构U1输出的电平值，判断晶闸管的工作状态，并将晶闸管的工作状态传送给控制器。
本发明的晶闸管故障检测装置，通过检测晶闸管两端的电压差判断晶闸管的工作状态，并将晶闸管的工作状态传送给控制器，控制器根据晶闸管的工作状态作出相应的保护。这样防止了驱动器在晶闸管故障时继续工作而造成的电容甚至控制器的损坏。而且，结构简单，使用方便。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种晶闸管故障检测装置，其特征在于：
包括开关、第一开关控制机构、电压检测机构和故障判断机构；其中，所述故障判断机构包括比较检测机构和故障逻辑输出机构，所述比较检测机构的输入端与所述电压检测机构的输出端电连接，所述比较检测机构的输出端与所述故障逻辑输出机构的输入端电连接；
所述开关与软启电阻串联后并联在晶闸管的两端；
所述电压检测机构的输入端分别连接所述晶闸管两端，用于检测晶闸管两端的电压差；所述故障逻辑输出机构的输出端与控制器电连接，所述第一开关控制机构与所述电压检测机构串联；
当所述电压检测机构检测到的晶闸管两端的电压差大于所述比较检测机构的预设电压差时，所述比较检测机构输出逻辑电平a，当所述电压检测机构检测到的晶闸管两端的电压差小于所述比较检测机构的预设电压差时，所述比较检测机构输出逻辑电平
当所述晶闸管处于正常工作状态时，所述比较检测机构先输出逻辑电平a，后输出逻辑电平所述故障逻辑输出机构输出的电平值存在由逻辑电平c到逻辑电平的跳变现象；当所述晶闸管断路时，所述比较检测机构的输出始终为逻辑电平a，所述故障逻辑输出机构输出的电平始终为电平c；当所述晶闸管短路时，所述比较检测机构的输出始终为逻辑电平所述故障逻辑输出机构输出的电平始终为
2.根据权利要求1所述的晶闸管故障检测装置，其特征在于：
还包括辅助电源和第二开关控制机构；
所述辅助电源的输入端分别连接所述晶闸管的阴极和直流母线的下桥臂，所述辅助电源的输出端与所述第二开关控制机构的输入端电连接；
所述第二开关控制机构的输出端与所述第一开关控制机构电连接。
3.根据权利要求2所述的晶闸管故障检测装置，其特征在于：
所述开关为常开型开关。
4.根据权利要求1所述的晶闸管故障检测装置，其特征在于：
所述开关为常闭型开关。
5.根据权利要求1所述的晶闸管故障检测装置，其特征在于：
所述比较检测机构为比较器。
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