RU2133043C1

RU2133043C1 - Method of diagnostics of thyristor converter

Info

Publication number: RU2133043C1
Application number: RU96101442A
Authority: RU
Inventors: А.А. Топчий
Original assignee: Калининградское высшее военно-морское училище
Priority date: 1996-01-24
Filing date: 1996-01-24
Publication date: 1999-07-10
Also published as: RU96101442A

Abstract

FIELD: electrical engineering, diagnostics of power electric equipment. SUBSTANCE: invention is intended for upkeep of reliability of thyristor converter at required operational level and timely detection of faulty thyristors used in thyristor converters without their phasing out to special testing mode. Increased operational reliability of thyristor converters is achieved thanks to prediction of time of failure of thyristors having latent defects. EFFECT: increased operational reliability of thyristor converters. 2 cl

Description

Изобретение относится к области теплового неразрушающего контроля силовой электротехники, в частности тиристоров тиристорных преобразователей. The invention relates to the field of thermal non-destructive testing of power electrical engineering, in particular thyristor thyristor converters.

Известны способы оценки технического состояния изделий электронной техники путем последовательного поэлементного сканирования их поверхности. В результате последовательного анализа сигналов, получаемых от каждого элемента поверхности, или после получения всей картины теплового поля, делается вывод о качестве данного изделия [1]. Недостатком данного способа является низкая производительность. Кроме того, в связи с большим количеством контролируемых элементов в аппаратуре, способ затруднительно использовать в процессе ее эксплуатации. Known methods for assessing the technical condition of electronic products by sequential elementwise scanning of their surface. As a result of a sequential analysis of the signals received from each element of the surface, or after obtaining the entire picture of the thermal field, a conclusion is made about the quality of this product [1]. The disadvantage of this method is the low productivity. In addition, due to the large number of controlled elements in the equipment, the method is difficult to use in the process of its operation.

Существует способ оценки технического состояния техники путем сравнения излучения со всей поверхности контролируемого изделия с излучением исправного изделия. В результате, изделие относят либо к классу "годен", либо к классу "не годен" [2]. Недостатком указанного способа является низкая достоверность разбраковки. В результате, в число годных попадает значительное число потенциально ненадежных изделий, имеющих скрытые дефекты. There is a method for assessing the technical condition of a technique by comparing radiation from the entire surface of a controlled product with radiation from a working product. As a result, the product is assigned either to the “fit” class or to the “unfit” class [2]. The disadvantage of this method is the low reliability of the sorting. As a result, a significant number of potentially unreliable products with hidden defects fall into the number of suitable ones.

Наиболее близким к изобретению автор считает способ диагностирования изделий электронной техники по инфракрасному излучению [3]. Способ заключается в измерении сигнала со всей поверхности контролируемого изделия и сравнении его с эталонным. При этом выявляются приборы, имеющие участки перегревов и недогревов. Так же как и в предыдущем случае, контролируемые приборы относят либо к классу "годен", либо к классу "не годен". Однако в связи с необходимостью стационарного оборудования инфракрасного диагностирования использовать указанный способ при эксплуатации тиристоров невозможно. Кроме того, часть скрытых дефектов не проявляет себя при производственных испытаниях. Поэтому указанный способ не позволяет выявить все дефектные приборы даже в начальный этап эксплуатации. В итоге, часть дефектных тиристоров эксплуатируется в тиристорных преобразователях. Closest to the invention, the author considers a method for diagnosing electronic products by infrared radiation [3]. The method consists in measuring the signal from the entire surface of the controlled product and comparing it with the reference. In this case, devices having areas of overheating and underheating are detected. As in the previous case, the monitored devices are assigned either to the “fit” class or to the “unfit” class. However, due to the need for stationary equipment for infrared diagnostics, it is impossible to use this method when operating thyristors. In addition, some latent defects do not show up during production tests. Therefore, this method does not allow to identify all defective devices even at the initial stage of operation. As a result, some defective thyristors are operated in thyristor converters.

При воздействии на тиристоры эксплуатационных нагрузок и внешних факторов создаются условия, в которых скрытые дефекты ускоряют физико-химические процессы в его структуре. В результате возникают новые дефекты, что приводит к отказам указанных приборов и выходу из строя преобразователя в целом. When thyristors are exposed to operational loads and external factors, conditions are created under which latent defects accelerate physicochemical processes in its structure. As a result, new defects arise, which leads to failures of these devices and the failure of the converter as a whole.

Задачей предлагаемого изобретения - своевременное выявление дефектных тиристоров на этапе их эксплуатации в тиристорных преобразователях при рабочих нагрузках, т.е. без вывода изделия в специальный контрольный режим. The objective of the invention is the timely detection of defective thyristors at the stage of their operation in thyristor converters at operating loads, i.e. without putting the product in a special control mode.

Указанная цель достигается за счет контроля и прогнозирования характера изменения разности температур (разностной температуры) между фактической температурой структуры тиристора и полученной с помощью эквивалентной модели. Такая модель позволяет отслеживать как изменение состояния полупроводниковой структуры, так и характер изменения окружающей среды. Исходными данными для эквивалентной модели являются мощность рассеивания на тиристоре, температура структуры тиристора, температура окружающей среды, тепловые параметры тиристора. Тиристор считается вышедшим из строя, если разностная температура достигает критического значения, определенного исходя из условий эксплуатации тиристорного преобразователя. This goal is achieved by monitoring and predicting the nature of the change in temperature difference (differential temperature) between the actual temperature of the thyristor structure and obtained using an equivalent model. Such a model makes it possible to track both a change in the state of a semiconductor structure and the nature of a change in the environment. The initial data for the equivalent model are the dissipation power at the thyristor, the temperature of the thyristor structure, the ambient temperature, and the thermal parameters of the thyristor. A thyristor is considered to be out of order if the differential temperature reaches a critical value determined based on the operating conditions of the thyristor converter.

В соответствии с предлагаемым способом адекватность эквивалентной модели тепловым процессам, протекающим в тиристоре, достигается за счет адаптации модели. Адаптация осуществляется от момента начала работы тиристора до окончания тепловых переходных процессов. В результате определяются структурные коэффициенты модели для,каждого конкретного тиристора и эквивалентная модель описывает тепловое поле исправного тиристора, а система тиристор-модель отслеживает изменение показателей теплового поля диагностируемого прибора. In accordance with the proposed method, the adequacy of the equivalent model to thermal processes occurring in the thyristor is achieved by adapting the model. Adaptation is carried out from the moment the thyristor starts operating until the end of thermal transients. As a result, the structural coefficients of the model for each specific thyristor are determined and the equivalent model describes the thermal field of a working thyristor, and the thyristor-model system monitors the change in the thermal field of the diagnosed device.

Затем в ходе работы тиристорного преобразователя осуществляют измерение фактической температуры тиристора. Кроме того, измеряют температуру корпуса тиристора, температуру радиатора, температуру окружающей среды, напряжение на тиристоре, ток, протекающий через тиристор, напряжение на управляющем электроде, ток протекающий в цепи управления. Полученные данные подставляются в эквивалентную модель. Далее происходит сравнение фактической температуры структуры тиристора и полученной с помощью эквивалентной модели. Затем определяются характер и скорость изменения получаемой разностной температуры. Это позволяет не только оценить техническое состояние тиристора в данный момент, но и предсказать (спрогнозировать) его изменение на некоторый интервал времени вперед. Then, during the operation of the thyristor converter, the actual temperature of the thyristor is measured. In addition, the temperature of the thyristor case, the temperature of the radiator, the ambient temperature, the voltage at the thyristor, the current flowing through the thyristor, the voltage at the control electrode, and the current flowing in the control circuit are measured. The obtained data is substituted into the equivalent model. Next, the actual temperature of the thyristor structure is compared with that obtained using the equivalent model. Then, the nature and rate of change of the resulting differential temperature are determined. This allows not only to evaluate the technical state of the thyristor at a given moment, but also to predict (predict) its change for a certain time interval ahead.

Реализация предлагаемого способа требует практического определения температуры структуры тиристора, температуры корпуса тиристора, температуры окружающей среды, мощности рассеиваемой на тиристоре. Для проведения перечисленных измерений существуют известные и надежные способы, которые позволяют проводить оценку показателей при эксплуатации тиристоров в рабочих режимах. The implementation of the proposed method requires the practical determination of the temperature of the thyristor structure, the temperature of the thyristor case, the ambient temperature, and the power dissipated on the thyristor. To carry out the above measurements, there are known and reliable methods that allow the assessment of indicators during operation of thyristors in operating modes.

В настоящее время имеются в наличии датчики напряжения с возрастающей характеристикой, датчики тока на основе преобразователя Холла, датчики температуры на основе термопреобразователя сопротивления. At present, voltage sensors with an increasing characteristic are available, current sensors based on a Hall converter, temperature sensors based on a resistance temperature converter.

Обработка результатов измерений, реализация алгоритма работы способа (адаптация эквивалентной модели, сравнение текущего значения температуры структуры тиристора с эталонным, оценка и прогнозирование характера изменения разностной температуры, определение времени выхода тиристора из строя, оповещение обслуживающего персонала) возможна с помощью специального микроконтроллера. Processing the measurement results, implementing the algorithm of the method (adaptation of the equivalent model, comparing the current temperature value of the thyristor structure with a reference one, estimating and predicting the nature of the difference in temperature difference, determining the time of thyristor failure, notifying maintenance personnel) is possible using a special microcontroller.

При практической проверке предлагаемого способа выявлено:
- достоверность диагностирования - 0.8;
- точность прогнозирования изменения разностной температуры 2 градуса по шкале Цельсия при шаге прогнозирования 10 часов.In the practical verification of the proposed method revealed:
- reliability of diagnosis - 0.8;
- the accuracy of predicting changes in the differential temperature of 2 degrees Celsius with a forecasting step of 10 hours.

Таким образом, предлагаемый способ диагностирования тиристорного преобразователя позволяет своевременно выявлять дефектные тиристоры при эксплуатации их при рабочих нагрузках, что позволяет поддерживать надежность преобразователя на требуемом уровне. Thus, the proposed method for diagnosing a thyristor converter allows timely detection of defective thyristors during their operation at workloads, which allows maintaining the reliability of the converter at the required level.

Источники информации:
1. Авторское свидетельство СССР N 346596, кл. G 01 J 5/12, 1972 г.Sources of information:
1. USSR author's certificate N 346596, cl. G 01 J 5/12, 1972

2. Авторское свидетельство СССР N 534127, кл. G 01 R 29/00, 1979 г. 2. USSR author's certificate N 534127, cl. G 01 R 29/00, 1979

3. Авторское свидетельство СССР N 707402, кл. G 01 J 5/00, 1981 г. 3. Copyright certificate of the USSR N 707402, cl. G 01 J 5/00, 1981

Claims

1. A method for diagnosing a thyristor converter, which consists in measuring the temperature of the structure of a controlled thyristor and comparing it with a reference temperature, characterized in that during operation of the thyristor converter, the temperature of the thyristor case, the temperature of the radiator, the ambient temperature, the voltage across the thyristor, and the current flowing through thyristor, voltage at the control electrode, current flowing in the control circuit, the obtained data is substituted into an equivalent model and the actual th temperature, and the resulting structure thyristor using equivalent model, determine the nature and rate of change of temperature difference obtained was evaluated in the technical state of each thyristor controlled time.

2. The method according to claim 1, characterized in that the prediction of the failure time of the thyristors of the converter is made by the rate of change of the differential temperature between the actual temperature of the thyristor structure and obtained using an equivalent model.