[go: up one dir, main page]

RU2837783C1 - Stand for diagnostics of power boards, drivers and igbt transistors of cells of frequency-controlled drive of high-voltage motors - Google Patents

Stand for diagnostics of power boards, drivers and igbt transistors of cells of frequency-controlled drive of high-voltage motors Download PDF

Info

Publication number
RU2837783C1
RU2837783C1 RU2024123666A RU2024123666A RU2837783C1 RU 2837783 C1 RU2837783 C1 RU 2837783C1 RU 2024123666 A RU2024123666 A RU 2024123666A RU 2024123666 A RU2024123666 A RU 2024123666A RU 2837783 C1 RU2837783 C1 RU 2837783C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
power supply
voltage
drivers
board
oscilloscope
Prior art date
Application number
RU2024123666A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Андреевич Морозов
Александр Андреевич Бетко
Original Assignee
Публичное акционерное общество "Транснефть" (ПАО "Транснефть"
Общество с ограниченной ответственностью "Транснефть - Восток" (ООО "Транснефть - Восток")
Filing date
Publication date
Application filed by Публичное акционерное общество "Транснефть" (ПАО "Транснефть", Общество с ограниченной ответственностью "Транснефть - Восток" (ООО "Транснефть - Восток") filed Critical Публичное акционерное общество "Транснефть" (ПАО "Транснефть"
Application granted granted Critical
Publication of RU2837783C1 publication Critical patent/RU2837783C1/en

Links

Abstract

FIELD: electric power industry.
SUBSTANCE: test bench for diagnostics of power supply boards, drivers and IGBT transistors of cells of frequency-controlled drive of high-voltage motors is a device having a rectangular housing. Housing houses a central processing unit connected to a power supply unit which is connected to an oscilloscope, a resistor and an ammeter. Central processing unit has an Arduino central processor with an ATmega8A programmable controller which outputs information on a display which forms an output rectangular signal and is connected to an encoder and a unit of dividers which control output voltages. Power supply unit contains the power supply unit itself, which is connected to the charging device, which is connected to the storage battery unit (accumulator battery), which provides the stand independent operation. and connected to the Arduino central processor, an oscilloscope, a resistor, an apmermeter and a voltage converter (DC/AC) from the battery constant voltage to the alternating voltage for the board power supply and control, the latter is connected to a voltage multiplier which converts voltage of 220 V to 500 V, connected through an ammeter to control currents through the transistor and power supply of the power supply board and drivers. On the front surface of the rectangular housing there are: switch SAC 1 "Output 500 V", ammeter display, display of programmable controller ATmega8A, encoder for menu control, oscilloscope display and HLG 1 "Transducer operation" light bulb, HLR 1 "Transducer alarm", as well as switch SAC 2 "Switching on converter". On one of the side surfaces there are connectors of 500 V DC output (J1) and power and driver boards (J2, J3, J4, J5, J6), and on the other – the battery charging connector (J7) for supply from the mains.
EFFECT: efficiency in diagnostics, simplicity of maintenance, as well as reduction of time spent on diagnostics and troubleshooting of VFD of high-voltage motor.
7 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к стенду для диагностики плат питания, драйверов и IGBT транзисторов ячеек частотно-регулируемого привода (ЧРП) высоковольтных двигателей, и предназначено для диагностики ячеек ЧРП, участвующих в плавном пуске магистральных насосных агрегатов трубопроводного транспорта нефти, а также может быть использовано в других устройствах плавного пуска.The invention relates to electric power engineering, in particular to a stand for diagnosing power supply boards, drivers and IGBT transistors of frequency-controlled drive (VCD) cells of high-voltage motors, and is intended for diagnosing VCD cells involved in the soft start of main pumping units for pipeline oil transportation, and can also be used in other soft start devices.

С увеличением количества оборудования с частотным приводом, возросла необходимость в систематическом контроле используемого оборудования. Таким образом, необходимо платы питания и драйверов на основе IGBT транзисторов диагностировать и заранее искать неисправности.With the increase in the number of frequency-driven equipment, the need for systematic monitoring of the equipment used has increased. Thus, it is necessary to diagnose power supply boards and drivers based on IGBT transistors and look for faults in advance.

Из уровня техники известен автоматизированный ремонтный стенд (БАРС), состоящий из управляющей электронно-вычислительной машины (ЭВМ) с программным обеспечением и аппаратной части, в состав которой входят внутренняя локальная шина, по крайней мере, не более 10 устройств ввода-вывода, аналоговый генератор, логический анализатор, цифровой осциллограф, встроенные блоки питания, блок внешних разъемов для подключения испытуемого устройства, отличающийся тем, что в аппаратную часть введен интеллектуальный контроллер, содержащий встроенный 32-разрядный процессор на кристалле (NIOS-processor), связанный с ЭВМ по шине USB и с оперативным запоминающим устройством (ОЗУ) типа быстродействующей памяти DDR, а также с арбитром шины, соединенным с адресным портом и портом ввода-вывода интеллектуального контроллера, соединенных с внутренней локальной шиной, при этом все внутренние устройства аппаратной части управляются 32-разрядным процессором на кристалле (NIOS-processor) по внутренней локальной шине (RU 2421787 С2, G06F 11/22, 20.06.2011).An automated repair stand (BARS) is known from the prior art, consisting of a control electronic computer (EC) with software and hardware, which includes an internal local bus, at least no more than 10 input-output devices, an analog generator, a logic analyzer, a digital oscilloscope, built-in power supplies, a block of external connectors for connecting the device under test, characterized in that an intelligent controller is introduced into the hardware, containing a built-in 32-bit processor on a crystal (NIOS-processor), connected to the computer via a USB bus and to a random access memory (RAM) of the high-speed DDR memory type, as well as to a bus arbiter connected to the address port and the input-output port of the intelligent controller, connected to the internal local bus, wherein all internal devices of the hardware are controlled by the 32-bit processor on a crystal (NIOS-processor) via the internal local bus (RU 2421787 C2, G06F 11/22, 06/20/2011).

Основным недостатком указанного технического решения является невозможность проверки плат питания, драйверов и IGBT транзисторов ячеек частотно-регулируемого привода высоковольтных двигателей.The main disadvantage of this technical solution is the impossibility of testing the power boards, drivers and IGBT transistors of the frequency-controlled drive cells of high-voltage motors.

Из уровня техники известен стенд для испытания IGBT транзисторов и драйверов их затворов, характеризующийся тем, что состоит из стабилизатора напряжения (1), обеспечивающего питание микроконтроллера (2), к которому подключены три кнопки (3, 4, 5), звукоизлучатель (6), включенный через резистор (8) и оптопару (7), электропитание которого осуществляется от стабилизатора напряжения (9), кварцевый резонатор (10) с подключенными к нему конденсаторами (11) и (12), оптопары (13) и (14) с подключенными в их входных цепях резисторами (15) и (16), транзисторы (17), (18), (19), (20), образующие MOSFET-мост, светодиод (21), счетчик-делитель (22) с подключенным к его входу транзисторным ключом (23), оптопара (24) с подключенным к ее входу резистором (25), светодиод (26), транзисторный ключ (27) с подключенным в его цепи реле (28) с контактами (29) для подключения выпрямителя (30) с подключенными в его цепи конденсаторами (31) и (32) через ограничительный резистор (33), светодиод (34), транзисторный ключ (35) с подключенным в его цепи реле (36) с контактом (37), шунтирующим резистор (33), выключателя переменного напряжения (38) и светодиода (39) (RU 186888 U1, G01R 31/02, 07.02.2019).A test bench for testing IGBT transistors and their gate drivers is known from the prior art, characterized in that it consists of a voltage stabilizer (1) providing power to a microcontroller (2), to which three buttons (3, 4, 5) are connected, a sound emitter (6) connected via a resistor (8) and an optocoupler (7), the power supply of which is carried out from the voltage stabilizer (9), a quartz resonator (10) with capacitors (11) and (12) connected to it, optocouplers (13) and (14) with resistors (15) and (16) connected in their input circuits, transistors (17), (18), (19), (20) forming a MOSFET bridge, a light-emitting diode (21), a counter-divider (22) with a transistor switch (23) connected to its input, an optocoupler (24) with a resistor (25) connected to its input, a light-emitting diode (26), a transistor switch (27) with a relay (28) connected in its circuit with contacts (29) for connecting a rectifier (30) with capacitors (31) and (32) connected in its circuit through a limiting resistor (33), an LED (34), a transistor switch (35) with a relay (36) connected in its circuit with a contact (37) shunting the resistor (33), an AC voltage switch (38) and an LED (39) (RU 186888 U1, G01R 31/02, 07.02.2019).

Предложенное техническое решение предполагает диагностику исключительно IGBT транзисторов источников бесперебойного питания (ИБП) на базе микроконтроллера 2 Zilog Z86E0812PEC. Испытательное напряжение составляет 24 В постоянного напряжения. При этом приведенный аналог не предполагает проверку плат питания, драйверов и IGBT транзисторов ячеек частотно-регулируемого привода высоковольтных двигателей, т.к. не позволяет решить ряд проблем в диагностике:The proposed technical solution involves diagnostics of exclusively IGBT transistors of uninterruptible power supplies (UPS) based on the 2 Zilog Z86E0812PEC microcontroller. The test voltage is 24 V DC. At the same time, the given analog does not involve checking the power boards, drivers and IGBT transistors of the cells of the frequency-controlled drive of high-voltage motors, since it does not allow solving a number of problems in diagnostics:

- нет необходимых разъемов и кабельных связей для подключения к плате;- there are no necessary connectors and cable connections for connection to the board;

- прибор не может запитать все цепочки питания и управления платой;- the device cannot power all power and control circuits of the board;

- не может наглядно через осциллограф показать прямоугольный сигнал на выходе из платы;- cannot clearly show a rectangular signal at the board output using an oscilloscope;

- не имеет наглядного и понятного интерфейса.- does not have a clear and understandable interface.

При проведении технического обслуживания ячеек плавного пуска комплексная диагностика плат питания и драйверов от внешнего источника не предполагается.When performing maintenance of soft starter cells, comprehensive diagnostics of power boards and drivers from an external source is not assumed.

Проверить целостность и обтекание током, возможно только в рабочем режиме на панелях управления частотным приводом и внешним осмотром устройства. Данный подход не позволяет выявить ряд неисправностей плат питания и управляющих IGBT транзисторов (силовой биполярный транзистор с изолированным затвором).It is possible to check the integrity and current flow only in the operating mode on the frequency drive control panels and by external inspection of the device. This approach does not allow to detect a number of faults of the power supply boards and control IGBT transistors (power bipolar transistor with an insulated gate).

Технической проблемой, на решение которой направлено заявленное техническое решение, является разработка стенда для диагностики плат питания, драйверов и IGBT транзисторов ячеек частотно-регулируемого привода высоковольтных двигателей, предназначенного для диагностики ячеек ЧРП и позволяющего улучшить контроль за техническим состоянием оборудования.The technical problem, which the declared technical solution is aimed at solving, is the development of a stand for diagnosing power supply boards, drivers and IGBT transistors of cells of a variable frequency drive of high-voltage motors, intended for diagnosing VFD cells and allowing for improved monitoring of the technical condition of the equipment.

Техническим результатом заявленного технического решения является обеспечение эффективности диагностики и простота технического обслуживания ЧРП высоковольтного двигателя, а также сокращение затрат времени на диагностику и поиск неисправности ЧРП высоковольтного двигателя.The technical result of the claimed technical solution is to ensure the efficiency of diagnostics and ease of maintenance of the high-voltage motor VFD, as well as a reduction in the time spent on diagnostics and troubleshooting of the high-voltage motor VFD.

Технический результат заявленного изобретения обеспечивается тем, что стенд для диагностики плат питания, драйверов и IGBT транзисторов ячеек частотно-регулируемого привода высоковольтных двигателей, согласно изобретению представляет собой устройство, имеющее прямоугольный корпус, в котором установлен блок центрального процессора, осуществляющий контроль всех цепей, соединенный с блоком питания, который соединен с осциллографом для приема и контроля входящего сигнала от плат питания, драйверов и IGBT транзисторов, а также подключен к последовательно соединенным резистору и первому амперметру для контроля тока платы питания, причем блок центрального процессора содержит микроконтроллер «ATmega8A», программируемый платформой Ардуино, генерирующий исходящий прямоугольный знакопеременный электрический сигнал, энкодер и блок делителей, контролирующих выходящие напряжения, а блок питания содержит блок питания 220 В, связанный с зарядным устройством, которое соединено с блоком аккумуляторных батарей (АКБ), обеспечивающим автономную работу стенда и связанным с блоком центрального процессора, осциллографом, резистором, первым амперметром, преобразователем напряжения DC/AC и умножителем напряжения, выполненным по диодно-конденсторно-резисторной схеме и обеспечивающим преобразование переменного напряжения номиналом 220 В в постоянное напряжение 500 В, подключенным через второй амперметр для контроля токов через транзистор и питания платы питания и драйверов, при этом на лицевой поверхности прямоугольного корпуса расположены в ее центральной части ключ SAC 1 «Выход 500 В» и дисплей амперметра, с левой стороны - дисплей программируемого микроконтроллера «ATmega8A» и энкодер для управления меню, а с правой стороны расположен дисплей осциллографа и смещенные вниз относительно последнего лампочки HLG 1 «Работа преобразователя», HLR 1 «Авария преобразователя», обеспечивающие контроль зарядки, и ключ SAC 2 «Включение преобразователя» для подачи питания, на одной из боковых поверхностей корпуса расположены разъемы выхода 500 В DC (J1) и плат питания и драйверов (J2, J3, J4, J5, J6), а на другой - разъем заряда АКБ (J7) для питания от сети.The technical result of the claimed invention is ensured by the fact that the test bench for diagnosing power supply boards, drivers and IGBT transistors of the cells of the variable frequency drive of high-voltage motors, according to the invention, is a device having a rectangular housing in which a central processor unit is installed, monitoring all circuits, connected to a power supply unit, which is connected to an oscilloscope for receiving and monitoring the incoming signal from the power supply boards, drivers and IGBT transistors, and is also connected to a series-connected resistor and the first ammeter for monitoring the current of the power supply board, wherein the central processor unit contains an ATmega8A microcontroller, programmable by the Arduino platform, generating an outgoing rectangular alternating electric signal, an encoder and a divider unit monitoring the output voltages, and the power supply unit contains a 220 V power supply unit connected to a charger, which is connected to a battery pack (BK), ensuring autonomous operation of the test bench and connected to the central processor unit, oscilloscope, resistor, the first ammeter, a DC/AC voltage converter and a voltage multiplier made according to the diode-capacitor-resistor circuit and providing the conversion of alternating voltage with a nominal value of 220 V into a direct voltage of 500 V, connected through the second ammeter to monitor the currents through the transistor and power the power supply board and drivers, while on the front surface of the rectangular case there are a SAC 1 key "500 V output" and an ammeter display in its central part, on the left side - a display of the programmable microcontroller "ATmega8A" and an encoder for menu control, and on the right side there is an oscilloscope display and, shifted downwards relative to the latter, HLG 1 "Converter operation", HLR 1 "Converter failure" lamps providing charging control, and the SAC 2 key "Converter on" for power supply, on one of the side surfaces of the case there are connectors for the 500 V DC output (J1) and the power supply boards and drivers (J2, J3, J4, J5, J6), and on the other - the battery charging connector (J7) for power supply from the network.

Кроме того, корпус выполнен из ABS пластика.In addition, the body is made of ABS plastic.

Кроме того, стенд выполнен с возможностью обеспечения формирования исходящего прямоугольного знакопеременного электрического сигнала на разъеме J2 с возможностью последующего подключения к штатному месту на плате питания драйвера.In addition, the stand is designed with the ability to provide the formation of an outgoing rectangular alternating electrical signal on the J2 connector with the ability to subsequently connect to a standard location on the driver power board.

Кроме того, стенд выполнен с возможностью обеспечения при нажатии энкодера передачи сигнал широтно-импульсной модуляции на плату питания, а затем на IGBT транзистор с возможностью обеспечения поочередной проверки четырех подключенных IGBT модулей.In addition, the stand is designed with the ability to ensure, when the encoder is pressed, the transmission of a pulse-width modulation signal to the power board, and then to the IGBT transistor with the ability to ensure sequential testing of four connected IGBT modules.

Кроме того, стенд выполнен с возможностью обеспечения фиксации исправности платы питания, драйвера и IGBT транзистора при наличии знакопеременного прямоугольного сигнала на экране осциллографа, а при отклонении формы сигнала от прямоугольной - их неисправности.In addition, the stand is designed with the ability to ensure that the serviceability of the power supply board, driver and IGBT transistor is recorded in the presence of an alternating rectangular signal on the oscilloscope screen, and if the signal shape deviates from the rectangular one, their malfunction is detected.

Кроме того, стенд выполнен с возможностью обеспечения проверки всех цепочек плат питания, драйверов и IGBT транзисторов.In addition, the stand is designed with the ability to ensure testing of all power supply circuits, drivers and IGBT transistors.

Кроме того, стенд выполнен в виде портативного переносного устройства.In addition, the stand is designed as a portable device.

Таким образом, совокупность представленных признаков обеспечивает эффективность и простоту технического обслуживания ЧРП высоковольтного двигателя, а также сокращение затрат времени на диагностику и поиск неисправности ЧРП высоковольтного двигателя.Thus, the combination of the presented features ensures the efficiency and simplicity of maintenance of the high-voltage motor VFD, as well as a reduction in the time spent on diagnostics and troubleshooting of the high-voltage motor VFD.

Заявленное изобретение представлено на чертежах 1-8.The claimed invention is shown in drawings 1-8.

На фиг. 1 представлена блок схема стенда.Fig. 1 shows the block diagram of the stand.

На фиг. 2 представлена блок схема стенда.Fig. 2 shows the block diagram of the stand.

На фиг. 3 представлена форма прямоугольного сигнала.Fig. 3 shows the shape of a rectangular signal.

На фиг. 4 представлен принцип работы стенда.Fig. 4 shows the operating principle of the stand.

На фиг. 5 представлена схема внешнего вида стенда.Fig. 5 shows a diagram of the external appearance of the stand.

На фиг. 6 представлены разъемы стенда.Fig. 6 shows the stand connectors.

На фиг. 7 представлен разъем J7 заряда АКБ.Fig. 7 shows the battery charging connector J7.

На фиг. 8 представлено фото внешнего вида стенда.Fig. 8 shows a photo of the external appearance of the stand.

Перечень позиций, используемых на чертежах:List of positions used in the drawings:

1 - ключ SAC 1 «Выход 500 В». Постоянное напряжение на IGBT транзистор;1 - SAC 1 key "500 V output". Constant voltage on the IGBT transistor;

2 - дисплей «ATmega8A»;2 - display "ATmega8A";

3 - дисплей амперметра;3 - ammeter display;

4 - дисплей осциллографа;4 - oscilloscope display;

5 - энкодер для управления «Меню»;5 - encoder for "Menu" control;

6 - лампочка HLG 1 «Работа преобразователя»;6 - HLG 1 lamp "Converter operation";

7 - лампочка HLR 1 «Авария преобразователя»;7 - HLR 1 lamp "Converter failure";

8 - ключ SAC 2 «Включение преобразователя»;8 - SAC 2 key "Converter on";

9 - разъем J1-разъем выхода 500 В DC;9 - connector J1-500V DC output connector;

10 - разъем J2-разъем платы питания и драйверов;10 - connector J2 - connector of the power supply and driver board;

11 - разъем J3-разъем платы питания и драйверов;11 - connector J3 - connector of the power supply and driver board;

12 - разъем 14-разъем платы питания и драйверов;12 - connector 14 - connector for power supply and drivers board;

13 - разъем J5-разъем платы питания и драйверов;13 - connector J5 - connector of the power supply and driver board;

14 - разъем 16-разъем платы питания и драйверов;14 - connector 16 - connector for power supply and drivers board;

15 - разъем J7 заряда АКБ.15 - connector J7 for battery charging.

Перечень аббревиатур, используемых на чертежах:List of abbreviations used in the drawings:

IGBT транзистор - это трехэлектродный силовой полупроводниковый прибор, сочетающий два транзистора в одной полупроводниковой структуре: биполярный (образующий силовой канал) и полевой (образующий канал управления);An IGBT transistor is a three-electrode power semiconductor device that combines two transistors in one semiconductor structure: a bipolar transistor (forming a power channel) and a field transistor (forming a control channel);

RH - резистор;R H - resistor;

АКБ - блок аккумуляторных батарей, обеспечивающий автономную работу;АКБ - a battery pack that provides autonomous operation;

DC/AC - преобразователь с постоянного напряжения;DC/AC - constant voltage converter;

АКБ на переменное напряжение для питания и управления платы;AC battery for power supply and control of the board;

А - амперметр для контроля потребления тока платой питания драйверов;A - ammeter for monitoring the current consumption of the driver power supply board;

OSC - осциллограф;OSC - oscilloscope;

ЦП - центральный процессор образующий сигнал и осуществляющий контроль всех цепей.CPU - central processor that generates signals and controls all circuits.

Представленный на фиг. 1-8 стенд для диагностики плат питания, драйверов и IGBT транзисторов ячеек частотно-регулируемого привода высоковольтных двигателей представляет собой портативное переносное устройство на микроэлектронной базе, выполненное в виде прямоугольного корпуса (фиг. 8). Габариты стенда составляют 300×200×75 мм. Данные размеры и минимальный вес, который составляет 2 кг, позволяют использовать его без подкатанных стеллажей и подмостей.The stand for diagnostics of power supply boards, drivers and IGBT transistors of frequency-controlled drive cells of high-voltage motors shown in Fig. 1-8 is a portable device on a microelectronic base, made in the form of a rectangular case (Fig. 8). The dimensions of the stand are 300×200×75 mm. These dimensions and the minimum weight, which is 2 kg, allow it to be used without rolled shelves and scaffolding.

В корпусе установлен блок ЦП, осуществляющий контроль всех цепей, соединенный с блоком питания, который соединен с осциллографом (OSC), а также подключен к последовательно соединенным резистору (RH) и первому амперметру (А). Осциллограф предназначен для приема и контроля входящего сигнала посредством кабелей от плат питания, драйверов и IGBT транзисторов. Амперметр предназначен для контроля потребления тока платой питания (фиг.4).The CPU unit is installed in the case, which monitors all circuits, connected to the power supply unit, which is connected to the oscilloscope (OSC), and is also connected to the series-connected resistor (R H ) and the first ammeter (A). The oscilloscope is designed to receive and monitor the incoming signal via cables from the power supply boards, drivers and IGBT transistors. The ammeter is designed to monitor the current consumption of the power supply board (Fig. 4).

Блок ЦП содержит микроконтроллер «ATmega8A», программируемый платформой Ардуино, генерирующий исходящий прямоугольный знакопеременный электрический сигнал, энкодер и блок делителей, контролирующих выходящие напряжения (фиг. 2).The CPU block contains an ATmega8A microcontroller, programmable by the Arduino platform, generating an outgoing rectangular alternating electrical signal, an encoder and a block of dividers that control the output voltages (Fig. 2).

Блок питания содержит блок питания 220 В, связанный с зарядным устройством, которое соединено с блоком аккумуляторных батарей (АКБ), обеспечивающим автономную работу стенда и связанным с блоком центрального процессора, осциллографом, резистором, первым амперметром, преобразователем напряжения DC/АС с постоянного напряжения АКБ на переменное напряжение для питания и управления платы и умножителем напряжения. Умножитель напряжения выполнен по диодно-конденсторно-резисторной схеме с возможностью обеспечения преобразования переменного напряжения номиналом 220 В в постоянное напряжение 500 В и подключен через второй амперметр для контроля токов через транзистор и питания платы питания и драйверов (фиг. 2). С второго амперметра сигнал выходит на ключ «Выход питания 500 В» 1, при нажатии которого идет сигнал на разъем Л 9 стенда диагностики. С разъема питания кабель уходит в штатный разъем на плате питания драйвера, а далее цепочка идет на эмиттер IGBT модулей.The power supply unit contains a 220 V power supply unit connected to a charger, which is connected to a battery pack (B) that ensures autonomous operation of the stand and is connected to the central processor unit, an oscilloscope, a resistor, the first ammeter, a DC/AC voltage converter from the battery direct voltage to the alternating voltage for power supply and control of the board, and a voltage multiplier. The voltage multiplier is implemented according to a diode-capacitor-resistor circuit with the ability to convert an alternating voltage of 220 V to a direct voltage of 500 V and is connected through the second ammeter to monitor the currents through the transistor and power supply of the power supply board and drivers (Fig. 2). From the second ammeter, the signal goes to the "500 V Power Output" key 1, when pressed, the signal goes to the connector L 9 of the diagnostic stand. From the power connector, the cable goes to the standard connector on the driver power supply board, and then the chain goes to the emitter of the IGBT modules.

Блок питания (фиг. 2) выполняет функцию перевода напряжения от сети 220 В переменного напряжения на 12 В постоянного напряжения с последующей зарядкой через зарядное устройство Li-ion батарей большой емкости для поддержание автономной работы. Благодаря этому стенд может продиагностировать на одном заряде порядка 25 плат питания, драйверов и IGBT транзисторов ячеек частотно-регулируемого привода высоковольтных двигателей.The power supply (Fig. 2) performs the function of converting the voltage from the 220 V AC network to 12 V DC with subsequent charging via a charger of high-capacity Li-ion batteries to maintain autonomous operation. Due to this, the stand can diagnose about 25 power boards, drivers and IGBT transistors of the cells of the frequency-controlled drive of high-voltage motors on one charge.

Питание стенда также осуществляется от сети 220 В (разъем J7 15) через зарядное устройство на питание АКБ. Подача питания на стенд осуществляется ключем SAC 2 «Включение преобразователя» 8. Для контроля зарядки прибора выведена на лицевую панель стенда сигнализация в виде лампочек HLG 1 «Работа преобразователя» 6, HLR 1 «Авария преобразователя» 7 от преобразователя напряжения.The stand is also powered from a 220 V network (connector J7 15) through a charger for battery power. Power is supplied to the stand by the SAC 2 key "Converter On" 8. To monitor the charging of the device, an alarm is displayed on the front panel of the stand in the form of lamps HLG 1 "Converter Operation" 6, HLR 1 "Converter Failure" 7 from the voltage converter.

На лицевой поверхности прямоугольного корпуса расположены в ее центральной части ключ SAC 1 «Выход 500 В» 1 и дисплей первого амперметра 3. С левой стороны - дисплей программируемого микроконтроллера «ATmega8A» 2 и энкодер для управления меню 5, с правой стороны - дисплей осциллографа 4 и смещенные вниз относительно последнего лампочки HLG 1 «Работа преобразователя» 6, HLR 1 «Авария преобразователя» 7, обеспечивающие контроль зарядки, и ключ SAC 2 «Включение преобразователя» 8 для подачи питания. На одной из боковых поверхностей корпуса расположены разъемы выхода 500 В DC (J1) 9 и плат питания и драйверов (J2, J3, J4, J5, J6) 10-14, а на другой - разъем заряда АКБ (J7) 15 для питания от сети 220 В (фиг.5-7).On the front surface of the rectangular case there are located in its central part the SAC 1 key "500 V output" 1 and the display of the first ammeter 3. On the left side there is the display of the programmable microcontroller "ATmega8A" 2 and the encoder for menu control 5, on the right side there is the display of the oscilloscope 4 and the HLG 1 "Converter operation" 6, HLR 1 "Converter failure" 7 lamps shifted downwards relative to the latter, providing charging control, and the SAC 2 key "Converter on" 8 for power supply. On one of the side surfaces of the case there are connectors of the 500 V DC output (J1) 9 and the power supply and driver boards (J2, J3, J4, J5, J6) 10-14, and on the other there is the battery charging connector (J7) 15 for power supply from the 220 V network (Figs. 5-7).

Кроме того, в стенде предусмотрены специальные меры и конструктивные решения, обеспечивающие безопасность проведения работ, защиту самого устройства и, что очень важно, плат питания и драйверов ЧРП. Данное решение выполнено за счет защит от минимального и максимального напряжения на преобразователе напряжения, а также использованием встроенных предохранителей на плате питания управления приводом. Стоит отметить, что при подаче повышенного напряжения на плату (около 500 В), обеспечивается безопасность труда за счет применения проводов с ПВХ изоляцией, а также корпуса из ABS пластика.In addition, the stand provides special measures and design solutions that ensure the safety of work, protection of the device itself and, what is very important, power boards and VFD drivers. This solution is implemented due to protection against minimum and maximum voltage on the voltage converter, as well as the use of built-in fuses on the drive control power board. It is worth noting that when applying increased voltage to the board (about 500 V), labor safety is ensured by using wires with PVC insulation, as well as a housing made of ABS plastic.

Работа стенда приведена в виде блок-схем, представленных на фиг. 1, 2, 4.The operation of the stand is shown in the form of block diagrams presented in Fig. 1, 2, 4.

Принцип работы стенда заключается в подаче напряжения на плату питания и драйвера ячейки в форме сгенерированного исходящего знакопеременного прямоугольного электрического сигнала. Сигнал формируется программируемым микроконтролером ATmega8A, по заранее разработанному программному коду и уставленному в корпус стенда. По наличию, уровню и форме выходящего сигнала через IGBT транзисторы можно будет судить об исправности ячейки частотно-регулируемого привода. Исправность плат питания и драйверов проверяется также и проверкой всех цепей питания и управления на плате. Данные сигналы, также формирует контроллер и сверяет их с номинальными величинами, прописанными в коде.The operating principle of the stand is to supply voltage to the power supply board and the cell driver in the form of a generated outgoing alternating rectangular electrical signal. The signal is generated by the programmable ATmega8A microcontroller, according to a previously developed program code and installed in the stand case. The presence, level and shape of the output signal through the IGBT transistors will be used to judge the serviceability of the frequency-controlled drive cell. The serviceability of the power supply and driver boards is also checked by checking all power and control circuits on the board. These signals are also generated by the controller and compared with the nominal values specified in the code.

Для проведения диагностики платы питания и драйверов необходимо:To diagnose the power board and drivers, you need to:

- в случае разряда АКБ подключить Разъем J7 15 - Разъем заряда АКБ;- if the battery is discharged, connect Connector J7 15 - Battery charging connector;

- подключить кабель 12 pin от разъемов J2, J3, J4, J5, J6 10-14 к разъемам питания и контроля сигнала на плате питания и драйверов;- connect the 12-pin cable from connectors J2, J3, J4, J5, J6 10-14 to the power and signal control connectors on the power and driver board;

- включить ключ SAC 2 «Включение преобразователя» 8 на лицевой панели стенда;- turn on the SAC 2 key “Converter on” 8 on the front panel of the stand;

- энкодер для управления «Меню» 5 выбрать меню диагностики платы;- encoder for control "Menu" 5 select the board diagnostics menu;

Переключая кнопку управления 5 по часовой стрелке, будет отображаться исправность или не исправность цепей +- 4 В, +-15 В и +- 24 В.By switching control button 5 clockwise, the serviceability or failure of the +- 4 V, +- 15 V and +- 24 V circuits will be displayed.

В случае успешной проверки эталонные значения будут совпадать с измеренными платами. В случае если на плате будет обрыв одной из цепочек, наглядно на дисплее будет отображена неисправность цепей.In case of successful testing, the reference values will match the measured boards. If there is a break in one of the chains on the board, the fault of the chains will be clearly displayed on the display.

Для проведения диагностики IGBT транзисторов необходимо:To diagnose IGBT transistors, it is necessary:

- в случае разряда АКБ подключить Разъем J7 15 - Разъем заряда АКБ;- if the battery is discharged, connect Connector J7 15 - Battery charging connector;

- подключить кабель 12 pin от разъемов J2, J3, J4, J5, J6 10-14 к разъемам питания и сигнала на плате питания и драйверов;- connect the 12-pin cable from connectors J2, J3, J4, J5, J6 10-14 to the power and signal connectors on the power and driver board;

- подключить кабель 8 pin к разъему J1 9 «Разъем выхода 500 В DC» стенда. Подать питание 500 В DC к одному из 4-х разъемов на плате питания и драйверов;- connect the 8-pin cable to the J1 9 connector "500 V DC output connector" of the stand. Apply 500 V DC power to one of the 4 connectors on the power and driver board;

- включить кнопку SAC 2 «Включение преобразователя» 8 питания на лицевой панели стенда;- turn on the SAC 2 “Converter On” button 8 power supply on the front panel of the stand;

- кнопкой управления «Меню» (энкодер) 5 выбрать меню диагностики IGBT транзисторов.- use the “Menu” control button (encoder) 5 to select the IGBT transistor diagnostics menu.

Переключая кнопку управления 5 по часовой стрелке, будет отображен выбранный IGBT модуль. Ключом SAC 1 «Выход 500 В» 1 необходимо подать питание 500 В на IGBT транзистор.By switching the control button 5 clockwise, the selected IGBT module will be displayed. With the key SAC 1 "Output 500V" 1 it is necessary to supply 500V power to the IGBT transistor.

О исправности модуля можно будет судить, если поданный сигнал по своей форме будет иметь такой же вид, как и вышедший из транзистора на экране осциллографа, то есть иметь прямоугольную форму (фиг. 3). В случае короткого замыкания на транзисторе на экране осциллографа будут видны помехи и синусоидальный вид осциллограммы.The module's serviceability can be judged if the supplied signal has the same shape as the one coming out of the transistor on the oscilloscope screen, i.e. has a rectangular shape (Fig. 3). In the case of a short circuit on the transistor, interference and a sinusoidal oscillogram will be visible on the oscilloscope screen.

Далее необходимо повторить данную процедуру с оставшимися 3 модулями.Next, you need to repeat this procedure with the remaining 3 modules.

В процессе эксплуатации устройства на выходных клеммах может присутствовать постоянное напряжение порядка 500 В.During operation of the device, a constant voltage of about 500 V may be present at the output terminals.

Стенд диагностики имитирует работу ячейки управления ЧРП, выдавая в плату прямоугольный исходящий сигнал. Данный сигнал формируется на разъеме J2 10 прибора, а затем кабелем с фишкой подключается в штанное место на плате питания драйвера.The diagnostic stand simulates the operation of the VFD control cell, issuing a rectangular output signal to the board. This signal is formed on the J2 10 connector of the device, and then connected to the standard place on the driver power board by a cable with a plug.

Контроль выходящего сигнала осуществляется через встроенный осциллограф. Сигнал снимается в штатном разъеме на плате питания и управления и подключается через разъем J3 11 прибора диагностики, где собраны цепи контроля прямоугольного сигнала (фиг. 3).The output signal is monitored via a built-in oscilloscope. The signal is picked up in a standard connector on the power and control board and connected via connector J3 11 of the diagnostic device, where the rectangular signal monitoring circuits are assembled (Fig. 3).

Подача и проверка сигнала осуществляется следующим образом: в меню контроллера выбирается пункт «Measuring waveform» (Измерение формы сигнала). Прибором будет предложено подать сигнал на один из 4-х подключенных IGBT модулей. Нажатием энкодера (кнопки «Меню») сигнал за счет ШИМ модуляции идет на плату, а затем в транзистор, поочередно проверив 4 модуля, после чего диагностика будет завершена.The signal is sent and checked as follows: the "Measuring waveform" item is selected in the controller menu. The device will prompt you to send a signal to one of the 4 connected IGBT modules. By pressing the encoder (the "Menu" button), the signal goes to the board via PWM modulation, and then to the transistor, checking 4 modules in turn, after which the diagnostics will be completed.

Если на экране осциллографа мы видим прямоугольный сигнал (фиг. 3), тогда можно сделать вывод, что эмиттер и коллектор замкнулись правильно, сигнал на затвор уходит корректно и IGBT модули исправны. В обратном случае, можно сделать вывод о неисправности диагностируемого оборудования (неисправность платы или транзистора).If we see a rectangular signal on the oscilloscope screen (Fig. 3), then we can conclude that the emitter and collector are closed correctly, the signal to the gate is sent correctly and the IGBT modules are in good working order. Otherwise, we can conclude that the equipment being diagnosed is faulty (board or transistor faulty).

Диагностика платы заключается в проверке всех цепей питания и управления на плате (цепочки +/- 4 В; +/- 15 В; +/-24 В). Данные цепочки формирует плата при нормальном режиме работы. Выход из строя одной из этих цепочек может служить причиной отказа платы или не управления IGBT модулем.Diagnostics of the board consists of checking all power and control circuits on the board (chains +/- 4 V; +/- 15 V; +/-24 V). These chains are formed by the board in normal operation. Failure of one of these chains may cause board failure or failure to control the IGBT module.

Номинальные напряжения этих цепочек прописаны в коде ЦП и на дисплее прибора необходимо сверить их с измеренными значениями. С разъемов J4-J5 12, 13 данные номинальные величины подаются на плату через амперметр и небольшое нагрузочное сопротивление. Контроль токов очень важен, так как при повышенном потреблении тока (более 0,5 А) можно судить о внутреннем коротком замыкании в плате.The nominal voltages of these chains are specified in the CPU code and must be compared with the measured values on the device display. From connectors J4-J5 12, 13, these nominal values are supplied to the board via an ammeter and a small load resistance. Current control is very important, since increased current consumption (more than 0.5 A) can indicate an internal short circuit in the board.

С разъема контроля цепей напряжения платы питания драйвера силовой ячейки ЧРП кабель идет на разъем J6 14 стенда диагностики. Сигнал с разъема проходит через блок делителей и уходит в многоканальный мультиплексор. Все собранные величины измеренных напряжений преобразуются в понятный для контроллера язык и отображаются графически на экране.From the connector for monitoring the voltage circuits of the power supply board of the VFD power cell driver, the cable goes to the J6 14 connector of the diagnostic stand. The signal from the connector passes through the divider block and goes to the multichannel multiplexer. All collected values of measured voltages are converted into a language understandable to the controller and are displayed graphically on the screen.

Проверка платы осуществляется в меню «Measuring voltage» (измерение напряжения). Слева на дисплее отображается действующее значение, а справа измеренное. Диагностика завершается после проверки каждой цепочки.The board is checked in the "Measuring voltage" menu. The display shows the current value on the left and the measured value on the right. The diagnostics are completed after each chain is checked.

Заявленное техническое решение было испробовано при диагностике плат питания, драйверов и IGBT транзисторов ячеек частотно-регулируемого привода Siemens и показало, что предложенное решение стенда позволяет произвести проверку напряжением 500 В, а также контролировать токи на плате. Реализация прибора на базе программируемого микроконтролера ATmega8A, позволяет произвести диагностику быстрее, а также отображать все действующие цепочки питания наглядно на экране устройства и сверять их с эталонными значениями. Неоспоримым преимуществом, также можно назвать компактность и простоту использования. Все управление осуществляется одним энкодером. Меню стенда включает в себя несколько подменю. Работать с устройством можно сразу после прочтения простого руководства пользователя. Заявленное изобретение будет полезно также при проведении технического обслуживания оборудования. Кроме того, перед сборкой схемы силовых ячеек возможна их проверка, по результату которой делается заключение о вводе оборудования в эксплуатацию.The claimed technical solution was tested during diagnostics of power supply boards, drivers and IGBT transistors of Siemens variable frequency drive cells and showed that the proposed solution of the stand allows to check with 500 V voltage, as well as to control currents on the board. The implementation of the device based on the programmable microcontroller ATmega8A allows to perform diagnostics faster, as well as to display all active power supply chains clearly on the device screen and compare them with reference values. An undeniable advantage is also its compactness and ease of use. All control is carried out by one encoder. The stand menu includes several submenus. You can work with the device immediately after reading the simple user manual. The claimed invention will also be useful during equipment maintenance. In addition, before assembling the power cell circuit, they can be checked, based on the result of which a conclusion is made on putting the equipment into operation.

Claims (7)

1. Стенд для диагностики плат питания, драйверов и IGBT транзисторов ячеек частотно-регулируемого привода высоковольтных двигателей, характеризующийся тем, что представляет собой устройство, имеющее прямоугольный корпус, в котором установлен блок центрального процессора, осуществляющий контроль всех цепей, соединенный с блоком питания, который соединен с осциллографом для приема и контроля входящего сигнала от плат питания, драйверов и IGBT транзисторов, а также подключен к последовательно соединенным резистору и первому амперметру для контроля тока платы питания, причем блок центрального процессора содержит микроконтроллер «ATmega8A», программируемый платформой Ардуино, генерирующий исходящий прямоугольный знакопеременный электрический сигнал, энкодер и блок делителей, контролирующих выходящие напряжения, а блок питания содержит блок питания 220 В, связанный с зарядным устройством, которое соединено с блоком аккумуляторных батарей (АКБ), обеспечивающим автономную работу стенда и связанным с блоком центрального процессора, осциллографом, резистором, первым амперметром, преобразователем напряжения DC/AC и умножителем напряжения, выполненным по диодно-конденсторно-резисторной схеме и обеспечивающим преобразование переменного напряжения номиналом 220 В в постоянное напряжение 500 В, подключенным через второй амперметр для контроля токов через транзистор и питания платы питания и драйверов, при этом на лицевой поверхности прямоугольного корпуса расположены в ее центральной части ключ SAC 1 «Выход 500 В» и дисплей амперметра, с левой стороны - дисплей программируемого микроконтроллера «ATmega8A» и энкодер для управления меню, а с правой стороны расположен дисплей осциллографа и смещенные вниз относительно последнего лампочки HLG 1 «Работа преобразователя», HLR 1 «Авария преобразователя», обеспечивающие контроль зарядки, и ключ SAC 2 «Включение преобразователя» для подачи питания, на одной из боковых поверхностей корпуса расположены разъемы выхода 500 В DC (J1) и плат питания и драйверов (J2, J3, J4, J5, J6), а на другой - разъем заряда АКБ (J7) для питания от сети.1. A test bench for diagnosing power supply boards, drivers and IGBT transistors of variable frequency drive cells of high-voltage motors, characterized in that it is a device having a rectangular housing in which a central processor unit is installed, monitoring all circuits, connected to a power supply unit, which is connected to an oscilloscope for receiving and monitoring the incoming signal from the power supply boards, drivers and IGBT transistors, and is also connected to a series-connected resistor and the first ammeter for monitoring the current of the power supply board, wherein the central processor unit contains an ATmega8A microcontroller, programmable by the Arduino platform, generating an outgoing rectangular alternating electric signal, an encoder and a divider unit monitoring the output voltages, and the power supply unit contains a 220 V power supply unit connected to a charger, which is connected to a battery pack (BK), ensuring autonomous operation of the test bench and connected to the central processor unit, oscilloscope, resistor, first ammeter, DC/AC voltage converter and voltage multiplier, implemented according to the diode-capacitor-resistor circuit and providing the conversion of alternating voltage with a nominal value of 220 V into direct voltage of 500 V, connected through the second ammeter to monitor the currents through the transistor and power supply of the power supply board and drivers, while on the front surface of the rectangular case there are the SAC 1 key "500 V output" and the ammeter display in its central part, on the left side - the display of the programmable microcontroller "ATmega8A" and the encoder for menu control, and on the right side there is an oscilloscope display and the HLG 1 "Converter operation", HLR 1 "Converter failure" lamps shifted downwards relative to the latter, providing charging control, and the SAC 2 key "Converter on" for power supply, on one of the side surfaces of the case there are connectors for the 500 V DC output (J1) and the power supply boards and drivers (J2, J3, J4, J5, J6), and on the other - the battery charging connector (J7) for power supply from the network. 2. Стенд по п. 1, характеризующийся тем, что корпус выполнен из ABS пластика.2. The stand according to item 1, characterized in that the body is made of ABS plastic. 3. Стенд по п. 1, характеризующийся тем, что выполнен с возможностью обеспечения формирования исходящего прямоугольного знакопеременного электрического сигнала на разъеме J2 с возможностью последующего подключения к штатному месту на плате питания драйвера.3. The stand according to item 1, characterized in that it is designed with the ability to ensure the formation of an outgoing rectangular alternating electrical signal on connector J2 with the ability to subsequently connect to a standard location on the driver power supply board. 4. Стенд по п. 1, характеризующийся тем, что выполнен с возможностью обеспечения при нажатии энкодера передачи сигнала широтно-импульсной модуляции на плату питания, а затем на IGBT транзистор с возможностью обеспечения поочередной проверки четырех подключенных IGBT модулей.4. The stand according to item 1, characterized in that it is designed with the ability to ensure, when the encoder is pressed, the transmission of a pulse-width modulation signal to the power board, and then to the IGBT transistor with the ability to ensure sequential testing of four connected IGBT modules. 5. Стенд по п. 1, характеризующийся тем, что выполнен с возможностью обеспечения фиксации исправности платы питания, драйвера и IGBT транзистора при наличии знакопеременного прямоугольного сигнала на экране осциллографа, а при отклонении формы сигнала от прямоугольной - фиксации их неисправности.5. The stand according to item 1, characterized in that it is designed with the ability to ensure recording of the serviceability of the power board, driver and IGBT transistor in the presence of an alternating rectangular signal on the oscilloscope screen, and recording of their malfunction if the signal shape deviates from the rectangular one. 6. Стенд по п. 1, характеризующийся тем, что выполнен с возможностью обеспечения проверки всех цепочек плат питания, драйверов и IGBT транзисторов: +/- 4 В; +/- 15 В; +/-24 В.6. The stand according to item 1, characterized in that it is designed with the ability to ensure testing of all power supply circuits, drivers and IGBT transistors: +/- 4 V; +/- 15 V; +/- 24 V. 7. Стенд по п. 1, характеризующийся тем, что выполнен в виде портативного переносного устройства.7. The stand according to item 1, characterized in that it is made in the form of a portable device.
RU2024123666A 2024-08-16 Stand for diagnostics of power boards, drivers and igbt transistors of cells of frequency-controlled drive of high-voltage motors RU2837783C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2837783C1 true RU2837783C1 (en) 2025-04-04

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9588170B2 (en) * 2014-07-25 2017-03-07 Nxp Usa, Inc. Systems and methods for test circuitry for insulated-gate bipolar transistors
CN206894601U (en) * 2017-06-21 2018-01-16 台安科技(无锡)有限公司 IGBT control circuit in servo-driver
RU186888U1 (en) * 2018-07-30 2019-02-07 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Ухта" TEST STAND FOR IGBT TRANSISTORS AND DRIVERS OF THEIR GATEWAYS

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9588170B2 (en) * 2014-07-25 2017-03-07 Nxp Usa, Inc. Systems and methods for test circuitry for insulated-gate bipolar transistors
CN206894601U (en) * 2017-06-21 2018-01-16 台安科技(无锡)有限公司 IGBT control circuit in servo-driver
RU186888U1 (en) * 2018-07-30 2019-02-07 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Ухта" TEST STAND FOR IGBT TRANSISTORS AND DRIVERS OF THEIR GATEWAYS

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Доклад на 77-Й МЕЖДУНАРОДНОЙ МОЛОДЕЖНОЙ НАУЧНОЙ КОНФЕРЕНЦИИ: "Разработка стенда автоматизированной диагностики ячеек ЧРП на основе широкополосного импульсного модулятора", Нефть и газ 2023, 11-15 сентября 2023 г. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20100315089A1 (en) System and method for battery charger self test and diagnostic means
CN209961891U (en) Intelligent test system of power supply unit
CN111157885A (en) AC/DC universal relay checking instrument
RU2837783C1 (en) Stand for diagnostics of power boards, drivers and igbt transistors of cells of frequency-controlled drive of high-voltage motors
US7612576B1 (en) Method for detecting an inverter hardware failure in an electric power train
JP6502289B2 (en) Connection confirmation tester and connection confirmation test method
CN109283472B (en) Intelligent testing system and testing method for power supply equipment
CN119471346A (en) A power distribution terminal testing device and method
CN112771749B (en) Method for testing a separation point of a photovoltaic inverter and photovoltaic inverter of this type
CN210038541U (en) Function test system of motor controller PCBA board
CN210487923U (en) Relay calibration device and system
KR102171386B1 (en) Relay Wiring Auto Test Device
CN212301731U (en) Switch test device
CN204989315U (en) Threephase cable phase place checking apparatus
CN214953981U (en) Aging testing cabinet
KR20210117815A (en) System and method of power check
JP7660161B2 (en) Method and control device for operating a charger for an electric vehicle and charger
RU230027U1 (en) POWER MODULE TEST BENCH
CN223155148U (en) Equipment for testing electric board of forklift battery system
CN216248166U (en) Left and right distribution box comprehensive test equipment
CN211786041U (en) Wire connection testing device
US20250076350A1 (en) Absence of Voltage Tester
CN222866843U (en) Pre-pilot test detection device before power-on of power distribution unit
CN218938403U (en) DC110V control power cabinet monitoring module test bed
CN212965289U (en) Portable digital integrated circuit tester