Устройство контроля качества изготовления фототиристора
DEVICE FOR QUALITY CONTROL OF PHOTOTHYRISTOR MANUFACTURING

Изобретение относится к области силовой электроники и предназначено для неразрушающего контроля качества изготовления фототиристоров на соответствие группе по скорости нарастания напряжения в закрытом состоянии и может быть использовано при производстве фототиристоров и эксплуатации.
Наиболее близким техническим решением является устройство контроля состояния тиристора, которое содержит контролируемый тиристор, источник питания в проводящие периоды работы тиристора и измерительный комплекс. Измерительный комплекс дополнительно снабжен датчиком обратного тока. Устройство контроля состояния тиристора дополнительно снабжено устройством формирования сигналов заданной формы, дополнительным источником питания в непроводящие периоды работы тиристора и неконтролируемым тиристором, включенным параллельно контролируемому тиристору. При этом анод и катод контролируемого тиристора соединены соответственно с катодом и анодом неконтролируемого тиристора (патент №2420752 от 10.06.2011, класс G01R 31/26).
Недостатками данного устройства являются большие габариты и отсутствие возможности проверки по параметру критической скорости нарастания напряжения в закрытом состоянии.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является устранение вышеуказанных недостатков, а также предотвращение случаев ложного срабатывания защиты от дуговых замыканий, выполненной на фототиристорах, за счет проверки фототиристоров в действующих комплектных распределительных устройств по параметру критической скорости нарастания напряжения в закрытом состоянии.
Технический результат заключается в повышении эффективности работы устройства контроля качества изготовления фототиристоров за счет возможности проверки фототиристоров по параметру критической скорости нарастания напряжения в закрытом состоянии.
Указанная техническая задача решается, а технический результат достигается тем, что устройство контроля качества изготовления фототиристора, содержащее источник питания, подключенный к устройству формирования сигнала заданной формы, также содержит последовательно соединенные регулятор амплитуды импульса, источник напряжения, задающий уровень амплитуды испытательного напряжения, стабилизатор напряжения и диод, при этом источник напряжения, задающий уровень амплитуды испытательного напряжения, подключен к источнику питания, причем устройство формирования сигнала заданной формы содержит регулятор скорости зарядного напряжения, источник испытательного напряжения, зарядную цепь, блок управления, драйвер ключа, формирующую цепь, ключ сброса, источник тока удержания, измерительный модуль, детектор тока открытия, детектор параметров импульса, буферный конденсатор, при этом регулятор скорости зарядного напряжения, источник испытательного напряжения, зарядная цепь, драйвер ключа, формирующая цепь соединены между собой последовательно, блок управления подключен к драйверу ключа, детектору параметров импульса, ключу сброса, источнику тока удержания, измерительному модулю и детектору тока открытия.
Развитием и уточнением предлагаемого изобретения являются следующие признаки:
- детектор параметров импульса содержит индикаторы скорости нарастания испытательного напряжения и амплитуды испытательного напряжения;
- блок управления содержит цифровой микроконтроллер.
Изобретение поясняется графически, где на фиг. изображена функциональная схема устройства контроля качества изготовления фототиристора.
Перечень позиций на фиг.:
1 - источник питания;
2 - стабилизатор напряжения;
3 - регулятор скорости зарядного напряжения;
4 - источник напряжения, задающий уровень амплитуды испытательного напряжения;
5 - источник испытательного напряжения;
6 - зарядная цепь;
7 - блок управления;
8 - драйвер ключа;
9 - формирующая цепь;
10 - ключ сброса;
11 - источник тока удержания;
12 - измерительный модуль;
13 - детектор тока открытия;
14 - детектор параметров импульса;
15 - устройство формирования сигнала заданной формы;
16 - буферный конденсатор;
17 - диод;
18 - регулятор амплитуды импульса.
Устройство контроля качества изготовления фототиристора содержит устройство формирования сигнала заданной формы 15, регулятор амплитуды импульса 18, к которому подключен источник напряжения, задающий уровень амплитуды испытательного напряжения 4, стабилизатор напряжения 2, диод 17, источник питания 1, который подает питающее напряжение на устройство формирования сигнала заданной формы 15 и на источник напряжения, задающий уровень амплитуды испытательного напряжения 4.
Устройство формирования сигнала заданной формы 15 содержит регулятор скорости зарядного напряжения 3, к которому подключен источник испытательного напряжения 5, зарядную цепь 6, драйвер ключа 8, формирующую цепь 9, блок управления 7, подключенный к детектору параметров импульса 14, ключу сброса 10, источнику тока удержания 11, измерительному модулю 12, детектору тока открытия 13 и буферный конденсатор 16, детектор тока открытия 13 подключен к испытуемому фототиристору.
Источник испытательного напряжения 5, подключен к испытуемому фототиристору через зарядную цепь 6, драйвер ключа 8 и формирующую цепь 9, которые в свою очередь получают сигналы от блока управления 7 с учетом данных от подключенных к нему детектора тока открытия 13, измерительного модуля 12, источника тока удержания 11 и ключа сброса 10. Детектор параметров импульса 14 содержит индикаторы скорости нарастания испытательного напряжения и амплитуды испытательного напряжения (на фиг. не указаны).
Принцип работы устройства контроля качества изготовления фототиристора заключается в формировании и подаче на фототиристор испытательных импульсов и проверке его состояния (открытое/закрытое) в период воздействия испытательного импульса. В зависимости от реакции фототиристора на подаваемый испытательный импульс производится его разбраковка по группам критической скорости нарастания выходного напряжения dU/dt в закрытом состоянии и делается заключение о дальнейшем использовании в качестве датчика наличия дуги в устройстве защиты от дуговых замыканий.
Источник питания 1 предназначен для преобразования напряжения сети 220 В переменного тока в напряжение постоянного тока.
Стабилизатор напряжения 2 стабилизирует напряжение, подаваемое от источника напряжения, задающего уровень амплитуды испытательного напряжения 4 на испытуемый фототиристор.
Регулятор скорости зарядного напряжения 3 предназначен для регулирования напряжения в входной цепи источника испытательного напряжения 5. Регулятор амплитуды импульса 18 предназначен для регулирования напряжения в входной цепи источника напряжения, задающий уровень амплитуды испытательного напряжения 4.
Регулятор амплитуды импульса 18 и регулятор скорости зарядного напряжения 3 вместе образуют регулятор параметров испытательного импульса (на фиг. не указан).
Напряжение источника напряжения, задающего уровень амплитуды испытательного напряжения 4, подается на испытуемый фототиристор через стабилизатор 2.
С помощью источника испытательного напряжения 5 осуществляется зарядка конденсатора зарядной цепи 6.
Блок управления 7 содержит цифровой микроконтроллер (на фиг. не показан) и предназначен для формирования и передачи управляющих сигналов на блоки, входящие в устройство формирования сигнала заданной формы 15. Кроме этого, блок управления 7 с помощью аналого-цифрового преобразователя (на фиг. не показан) оцифровывает аналоговые сигналы, вырабатываемые измерительным модулем 12 и детектором тока открытия 13, и передает их на индикаторы детектора параметров импульса 14, расположенные на лицевой панели устройства.
При подаче управляющего импульса от блока управления 7 драйвер ключа 8 открывается, и напряжение от зарядной цепи 6 подается на формирующую цепь 9 и далее на фототиристор. Таким образом, драйвер ключа 8 задает начало подаваемого на фототиристор импульса напряжения.
Формирующая цепь 9 представляет собой R-L-C цепочки, позволяющие изменять скорость нарастания напряжения, и позволяет изменять диапазон регулирования скорости нарастания напряжения dU/dt. Изменение скорости нарастания напряжения осуществляется изменением параметров R-L-C цепочки, через которую напряжение от зарядной цепи 6 через открытый драйвер ключа 8 подается на испытуемый фототиристор. Регулирование скорости нарастания напряжения внутри каждого диапазона осуществляется изменением напряжения на выходе источника испытательного напряжения 5 с помощью регулятора скорости зарядного напряжения 3.
Измерительный модуль 12, ключ сброса 10, источник тока удержания 11 и детектор тока открытия (пробоя) 13 фототиристора образуют модуль испытательных цепей (на фиг. не указан).
Основным назначением измерительного модуля 12 является формирование сигналов, пропорциональных амплитуде и скорости нарастания напряжения, и их подача на индикаторы «U» (амплитуда испытательного напряжения) и «dU/dt» (скорость нарастания напряжения) детектора параметров импульса 14. Длительность приложенного к фототиристору импульса напряжения задается ключом сброса 10. При подаче управляющего импульса от блока управления 7 драйвер ключа 8 отпирается и шунтирует фототиристор, что приводит к практически мгновенному спаду испытательного напряжения.
В случае открытия фототиристора при проведении испытаний, для предотвращения его многократного открытия-закрытия и повреждения из-за протекания токов заряда-разряда подключенного к нему буферного конденсатора 16, используется источник тока удержания 11. В момент открытия фототиристора по команде от блока управления 7 к нему подключается дополнительный источник тока (на фиг. не указан), который ограничивает протекающий через фототиристор ток до безопасного значения.
Для фиксации момента открытия фототиристора используется детектор тока открытия 13. В момент открытия фототиристора детектор тока открытия 13 подает сигнал на блок управления 7, который в свою очередь формирует сигналы на подключение источника тока удержания 11 и на индикатор «пробой» (открытие) (на фиг. не показан) детектора тока открытия 13 для прекращения испытаний.
Функциональная схема устройства контроля качества изготовления фототиристора построена на слаботочном источнике высокого напряжения, представленном в виде источника испытательного напряжения 5 с амплитудой выходного напряжения не менее 2000 В, и зарядной цепи 6, что обеспечивает требуемую линейность и скорость нарастания напряжения при минимальной емкостной нагрузке.
Испытательный импульс формируется путем разряда зарядной цепи 6 на фототиристор с буферным конденсатором 16. Для разряда используется драйвер ключа 8 и формирующая цепь 9. Устройство формирования сигнала заданной формы 15 предусматривает шесть диапазонов скорости нарастания напряжения, что достигается соответствующими параметрами R-L-C цепочек. Плавное изменение скорости нарастания напряжения в пределах каждого диапазона достигается изменением напряжения на выходе источника 5 с помощью регулятора скорости зарядного напряжения 3.
Амплитуда испытательного импульса напряжения задается с разрешением 10 В в диапазоне 500÷1500 В с помощью применения регулятора амплитуды импульса 18. С учетом достаточно высокого напряжения применяются диод 17 и буферный конденсатор 16, заряжаемый до напряжения ограничения. При превышении входного напряжения над напряжением на буферном конденсаторе 16 диод 17 открывается и ограничивает напряжение на фототиристоре. Для заряда буферного конденсатора 16 используется регулируемый источник напряжения, задающий уровень амплитуды испытательного напряжения 4. Источник напряжения, задающий уровень амплитуды испытательного напряжения 4, выполнен по стандартной схеме: источник промежуточного напряжения - регулятор напряжения - DC/DC преобразователь для получения выходного напряжения.
Для предотвращения повреждения фототиристора из-за протекания токов заряда-разряда подключенного параллельно к нему буферного конденсатора 16 использован источник тока удержания 11, ограничивающий протекающий через фототиристор ток до безопасного значения.
Устройство контроля качества изготовления фототиристора работает следующим образом.
С помощью переключателя (на фиг. не показан) формирующей цепи 9 устанавливается необходимый для испытуемого фототиристора диапазон скорости нарастания напряжения испытательного импульса: «50÷100 В/мкс»; «100÷200 В/мкс»; «200÷400 В/мкс»; «400÷800 В/мкс»; «800÷1600 В/мкс»; «1200÷2500 В/мкс». Регулятором амплитуды импульса 18 источника напряжения, задающего уровень амплитуды испытательного напряжения 4, задается необходимая амплитуда испытательного импульса напряжения в диапазоне от 500 до 1500 В. Конденсатор зарядной цепи 6 заряжается до выходного напряжения источника испытательного напряжения 5.
После подачи импульса из блока управления 7 драйвер ключа 8 открывается и задает начало испытательного импульса: конденсатор зарядной цепи 6 разряжается через драйвер ключа 8 и формирующую цепь 9 на фототиристор. Линейное нарастание напряжения на фототиристоре продолжается до тех пор, пока не достигнет уровня, заданного регулятором амплитуды импульса 18 источника напряжения, задающего уровень амплитуды испытательного напряжения 4, в диапазоне от 500 до 1500 В. Дальнейшему нарастанию напряжения препятствует открывающийся диод 17. Длительность импульса задается ключом сброса 10, отпирание которого по команде цифрового микроконтроллера (на фиг. не показан) приводит к практически мгновенному спаду напряжения на фототиристоре.
С помощью регулятора скорости зарядного напряжения 3 источника испытательного напряжения 5 осуществляется плавная регулировка скорости нарастания испытательного импульса в пределах установленного диапазона скорости нарастания напряжения.
Необходимую информацию о ходе испытаний и контролируемых параметрах оператор получает по индикаторам «U» (амплитуда испытательного импульса напряжения) и dU/dt (скорость нарастания напряжения) детектора параметров импульса 14. Фиксация открытия (пробоя) тиристора осуществляется по индикатору «Пробой» детектора тока открытия 13.
Предлагаемое изобретение обеспечивает следующие его достоинства по сравнению с аналогом:
- широкий диапазон регулирования скорости нарастания напряжения при сравнительно небольшом значении выходного напряжения источника питания, что делает прибор более безопасным при эксплуатации;
- плавное регулирование скорости нарастания напряжения в пределах каждого из шести диапазонов;
- высокое разрешение при установке амплитуды испытательного импульса напряжения в диапазоне 500÷1500 В.
- надежная защита фототиристоров от пробоя при проведении испытаний.