УСТРОЙСТВО БЕСКОНТАКТНОГО КОНТРОЛЯ ИСПРАВНОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ МОСТОВЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

Предлагаемая полезная модель относится к электроизмерительной технике и может быть использована для бесконтактного дистанционного непрерывного контроля исправности полупроводниковых элементов однофазных мостовых выпрямителей.
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.].
При использовании данного устройства необходимо обеспечить контактное соединение контролирующего устройства с объектом контроля - полупроводниковым прибором.
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.
Устройство содержит большое количество элементов и функциональных связей, что снижает надежностные характеристики его работы.
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.
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.
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.
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.).
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..
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).
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.
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.
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.
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).
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.
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.