RU2606974C1 - Устройство контроля тепловых режимов силовых модулей преобразователей - Google Patents
Устройство контроля тепловых режимов силовых модулей преобразователей Download PDFInfo
- Publication number
- RU2606974C1 RU2606974C1 RU2015127157A RU2015127157A RU2606974C1 RU 2606974 C1 RU2606974 C1 RU 2606974C1 RU 2015127157 A RU2015127157 A RU 2015127157A RU 2015127157 A RU2015127157 A RU 2015127157A RU 2606974 C1 RU2606974 C1 RU 2606974C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- inputs
- outputs
- modules
- voltage
- highest
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H5/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection
- H02H5/04—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection responsive to abnormal temperature
Landscapes
- Power Conversion In General (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для контроля теплового состояния силовых модулей, входящих в состав статических преобразователей напряжения и частоты различного назначения. Техническим результатом является автоматизация выявления наиболее и наименее нагретых модулей, уменьшение аппаратных затрат, повышение надежности и быстродействия, а также высокая информационность устройства. Устройство контроля тепловых режимов силовых модулей преобразователя снабжено двумя блоками выпрямления и выделения наибольшего напряжения, суммирующим и разностным усилителями, блоками индикации номеров модулей с наибольшей и наименьшей температурами нагрева, индикаторами средней температуры, наибольшей и наименьшей температуры и разности температур между ними, а также двумя компараторами. Блоки выпрямления и выделения наибольшего напряжения выполнены на операционных выпрямителях с диодно-резистивными обратными связями. Блоки индикации номеров модулей с наибольшей и наименьшей температурами нагрева выполнены на транзисторных ключах со светодиодами в коллекторных цепях. Устройство обеспечивает всесторонний контроль теплового состояния силовых модулей преобразователя напряжения и частоты, облегчает поиск и устранение неисправностей, характеризуется малыми габаритами, весом и стоимостью. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для контроля теплового состояния силовых модулей, входящих в состав преобразователей напряжения и частоты различного типа и назначения.
Известно устройство для контроля состояния ключей высоковольтного вентильного преобразователя (патент RU 2417498, МПК Н02Н 7/10, 27.04.2011), содержащее последовательно включенные силовые ключи, токоограничивающие резисторы, оптопередатчик с оптоприемником, устройство управления и защиты, дополнительный блок резисторов, блок измерения сигналов и датчик температуры, имеющий тепловой контакт с корпусом силового ключа и подключенный к блоку измерения сигналов. Недостаток устройства заключается в том, что с помощью одного датчика температуры невозможна дифференцированная оценка теплового состояния всех силовых ключей, входящих в преобразователь.
Известно защитное устройство для последовательно соединенных IGBT транзисторов (заявка CN 201708690, МПК Н02Н 7/10, Н02М 1/32, 12.01.2011), содержащее последовательно соединенные IGBT транзисторы, каждый из которых расположен на отдельном радиаторе и снабжен датчиками напряжения между эмиттером и коллектором, между затвором и эмиттером, а также датчиком температуры, контактирующим с радиатором, датчиком тока и блоком обработки снимаемой с датчиков информации. Недостатком устройства является обработка большого объема информации, что существенно усложняет устройство и снижает его надежность и быстродействие.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство управления двигателем (патент US 6268986, МПК Н02Н 5/04, 31.07.2001), содержащее двигатель, полупроводниковый преобразователь мощности, запитанный от сети постоянного тока и управляющий компьютерный блок. Преобразователь мощности включает в себя три силовых модуля, каждый из которых выполнен на двух IGBT транзисторах, двух обратных диодах и термочувствительном диоде, запитанном от источника постоянного тока и связанном через блоки фиксации перегрева и защиты с затворами IGBT соответствующего силового модуля. Недостаток устройства заключается в необходимости придания каждому модулю своих блоков фиксации перегрева и защиты, а также в низкой наглядности, не позволяющей обслуживающему персоналу оценить тепловое состояние устройства в целом, своевременно предупредить возникновение аварийных ситуаций и определить наиболее уязвимые в тепловом отношении элементы преобразователя.
Предлагаемое устройство основано на автоматическом определении температур наиболее и наименее нагретых модулей, температурного разбаланса между ними и средней температуры силовых модулей. Кроме того, устройство обеспечивает определение номеров (мест расположения) наиболее и наименее нагретых модулей. Наличие указанной информации позволяет обслуживающему персоналу своевременно провести профилактические работы по оптимизации тепловых режимов силовых модулей преобразователя.
На чертеже представлена функциональная схема устройства контроля тепловых режимов силовых модулей преобразователя. Устройство содержит трехфазный преобразователь 1 напряжения, вход которого соединен с источником 2 постоянного напряжения, а выход - с нагрузкой 3. Преобразователь 1 выполнен на силовых модулях 4, 5, 6, на каждом из которых установлен датчик 7 температуры. Выходы блока 8 управления преобразователем 1 связаны с затворами IGBT транзисторов 9, 10 модулей 4, 5, 6. Устройство также снабжено двумя блоками 11, 12 выпрямления и выделения наибольшего напряжения, суммирующим 13 и разностным 14 усилителями, блоками 15, 16 индикации номеров силовых модулей с наибольшей и наименьшей температурой нагрева, индикатором 17 средней температуры модулей 4, 5, 6, индикаторами 18, 19 наибольшей и наименьшей температур модулей, индикатором 20 разности температур между ними и двумя компараторами 21, 22. Датчики 7 модулей 4, 5, 6 подключены к входам усилителя 13 и к входам блока 11, основной выход (наибольшего напряжения) 23 которого связан с одним из входов усилителя 14 и с входами индикатора 18 и компаратора 21. Первая группа выходов 24, 25, 26 блока 11 связана с входами блока 15, а вторая группа выходов 27, 28, 29 - с входами блока 12. Основной выход (наибольшего напряжения) 30 блока 12 соединен со вторым входом усилителя 14, с входом индикатора 20 и с входом компаратора 22, а первая группа выходов 31, 32, 33 блока 12 связана с входами блока 16. Выходы усилителей 13, 14 подключены соответственно к индикаторам 17, 19.
Блоки 11, 12 выполнены на операционных выпрямителях 34, 35, 36 с диодно-резистивными обратными связями. Количество входящих в блоки 11, 12 операционных выпрямителей определяется количеством контролируемых силовых модулей, содержащихся в преобразователе 1, и практически ничем не ограничено. Многоуровневые, высоковольтные и преобразователи большой мощности, как правило, содержат большое количество силовых модулей, нуждающихся в контроле. Входы операционных выпрямителей 34, 35, 36 подключены к входам блоков 11, 12. Выходы выпрямленного напряжения одной полярности (отрицательной) 37, 38, 39 выпрямителей 34, 35, 36 блоков 11, 12 объединены и соединены соответственно с выходами 23, 30. Выходы невыпрямленного напряжения 40, 41, 42 выпрямителей 34, 35, 36 блоков 11, 12 связаны с первыми группами выходов, соответственно 24, 25, 26 и 31, 32, 33. А выходы выпрямленного напряжения другой полярности (положительной) 43, 44, 45 выпрямителей 34, 35, 36 блока 11 соединены с его второй группой выходов 27, 28, 29.
Блоки 15, 16 выполнены на транзисторных ключах 46, 47 48, входы которых подключены к входам блоков, а к коллекторам ключей подсоединены светодиоды 49, 50, 51, индицирующие номера соответствующих модулей.
Устройство контроля тепловых режимов силовых модулей преобразователя работает следующим образом.
При включении преобразователя 1 и его работе на нагрузку 3 на модулях 4, 5, 6 выделяется тепловая энергия, приводящая к повышению их температуры. В зависимости от величины нагрузки 3, режима работы преобразователя 1, климатических условий окружающей среды, особенностей примененных систем охлаждения и индивидуальных характеристик модулей 4, 5, 6 изменяется степень их нагрева. На выходах датчиков 7 модулей 4, 5, 6 появляются постоянные (положительные) напряжения, пропорциональные установившимся на них температурам - Т4, Т5, Т6. В блоке 11 на объединенных выходах 37, 38, 39 выпрямителей 34, 35, 36 выделяется наибольшее (по величине) входное напряжение, например, от датчика 7 модуля 4. При этом на выходе 42 усилителя 36 блока 11 появляется отрицательное напряжение, а на выходах 40, 41 усилителей 34, 35 - положительные напряжения, под действием которых в блоке 15 открывается ключ 48 и закрываются ключи 46, 47. В результате в блоке 15 загорается светодиод 51, сигнализирующий о том, что наибольшая температура установилась на модуле 4. Одновременно с этим на выходе 45 усилителя 36 устанавливается нулевой потенциал, а на выходах 43 и 44 выпрямителей 34 и 35 появляются напряжения пропорциональные разностям температур Т4-Т6 и Т4-Т5. Блок 12 из указанных напряжений также выделяет наибольшее напряжение, пропорциональное максимальной разности температур, например Т4-Т5. Очевидно, что одно из входящих в эту разность напряжений пропорционально максимальной температуре модуля 4, а другое - минимальной температуре модуля 5. При этом на выходе 41 усилителя 35 блока 12 появляется отрицательное напряжение, а на выходах 40, 42 усилителей 34, 36 - положительные напряжения, под действием которых в блоке 16 открывается ключ 47 и закрываются ключи 46, 48. В результате в блоке 12 загорается светодиод 50, сигнализирующий о том, что наименьшая температура установилась на модуле 5.
Напряжение с выхода 23 блока 11 поступает на входы индикатора 18 наибольшей температуры и на вход компаратора 21, сигнализирующего о перегреве соответствующего модуля. Напряжения с выходов датчиков 7 всех модулей 4, 5, 6 подаются на входы суммирующего усилителя 13, вычисляющего среднеарифметическое значение температуры модулей, входящих в преобразователь 1. Выход усилителя 13 подключен к индикатору 17 средней температуры. Напряжение с выхода 23 блока 11, пропорциональное максимальной температуре, и напряжение с выхода 30 блока 12, пропорциональное разности максимальной и минимальной температур, поступают на входы разностного усилителя 14, вычисляющего минимальную температуру соответствующего модуля. Выход усилителя 14 подключен к индикатору 19 температуры наименее нагретого модуля (под номером 5). Выход 33 блока 12 подсоединен также к индикатору 20 разности температур наиболее и наименее нагретых модулей и к компаратору 22, сигнализирующему о недопустимом температурном разбалансе в преобразователе 1.
Таким образом, устройство обеспечивает всесторонний контроль теплового состояния модулей, входящих в состав преобразователя напряжения и частоты. Благодаря этому достигается своевременное обнаружение перегруженных или недогруженных модулей и, как следствие, повышается надежность эксплуатации преобразователя. Наиболее эффективно применение устройства в преобразователях с большим числом силовых модулей, включенных последовательно и/или параллельно. Устройство реализовано на широко распространенной элементной базе и характеризуется низкой стоимостью, малыми весом и габаритами.
Claims (3)
1. Устройство контроля тепловых режимов силовых модулей преобразователя, содержащее трехфазный преобразователь напряжения, вход которого соединен с источником постоянного напряжения, а выход - с нагрузкой и выполненный на силовых модулях, на каждом из которых установлен датчик температуры, и блок управления преобразователем, выходы которого связаны с затворами IGBT транзисторов силовых модулей, отличающееся тем, что оно снабжено двумя блоками выпрямления и выделения наибольшего напряжения, суммирующим и разностным усилителями, блоками индикации номеров силовых модулей с наибольшей и наименьшей температурами нагрева, индикатором средней температуры модулей, индикаторами наибольшей и наименьшей температур модулей, индикатором разности температур между ними и двумя компараторами, причем датчики температуры силовых модулей подключены к входам суммирующего усилителя и к входам первого блока выпрямления и выделения наибольшего напряжения, основной выход которого связан с одним из входов разностного усилителя и с входами индикатора наибольшей температуры и первого компаратора, первая группа выходов - с входами блока индикации номера модуля с наибольшей температурой, а вторая группа выходов - с входами второго блока выпрямления и выделения наибольшего напряжения, основной выход второго блока выпрямления и выделения наибольшего напряжения соединен со вторым входом разностного усилителя, с входом индикатора разности между температурами наиболее и наименее нагретых модулей и с входом второго компаратора, а первая группа выходов - с входами блока индикации номера наименее нагретого модуля, а выходы суммирующего и разностного усилителей подключены соответственно к индикаторам средней температуры модулей и температуры наименее нагретого модуля.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блоки выпрямления и выделения наибольшего напряжения выполнены на операционных выпрямителях с диодно-резистивными обратными связями, входы которых подключены к входам блоков, выходы выпрямленного напряжения одной полярности объединены и соединены с основным выходом наибольшего напряжения блоков, выходы невыпрямленного напряжения - с первой группой выходов, а выходы выпрямленного напряжения другой полярности - со второй группой выходов.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блоки индикации номеров модулей с наибольшей и наименьшей температурами модулей выполнены на транзисторных ключах, входы которых подключены к входам блоков, а к коллекторам транзисторов подключены светодиоды, индицирующие соответствующие номера.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015127157A RU2606974C1 (ru) | 2015-07-06 | 2015-07-06 | Устройство контроля тепловых режимов силовых модулей преобразователей |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015127157A RU2606974C1 (ru) | 2015-07-06 | 2015-07-06 | Устройство контроля тепловых режимов силовых модулей преобразователей |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2606974C1 true RU2606974C1 (ru) | 2017-01-10 |
Family
ID=58452424
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015127157A RU2606974C1 (ru) | 2015-07-06 | 2015-07-06 | Устройство контроля тепловых режимов силовых модулей преобразователей |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2606974C1 (ru) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6268986B1 (en) * | 1999-05-11 | 2001-07-31 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Motor control unit |
CN201708690U (zh) * | 2010-05-07 | 2011-01-12 | 北京乐普四方方圆科技股份有限公司 | 一种igbt直接串联保护装置 |
RU2417498C1 (ru) * | 2010-04-05 | 2011-04-27 | Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт релестроения с опытным производством" | Устройство для контроля состояния ключей высоковольтного вентильного преобразователя |
-
2015
- 2015-07-06 RU RU2015127157A patent/RU2606974C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6268986B1 (en) * | 1999-05-11 | 2001-07-31 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Motor control unit |
RU2417498C1 (ru) * | 2010-04-05 | 2011-04-27 | Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт релестроения с опытным производством" | Устройство для контроля состояния ключей высоковольтного вентильного преобразователя |
CN201708690U (zh) * | 2010-05-07 | 2011-01-12 | 北京乐普四方方圆科技股份有限公司 | 一种igbt直接串联保护装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102337575B1 (ko) | 전력 변환 장치, 전동기 제어 시스템, 및 전력 변환 장치의 진단 방법 | |
EP3457149A1 (en) | Diagnosis system for power conversion device, diagnosis method for semiconductor module, and power conversion device | |
US20210293860A1 (en) | Current sampling method and current sampling circuit | |
RU2606974C1 (ru) | Устройство контроля тепловых режимов силовых модулей преобразователей | |
ES2535027T3 (es) | Equilibrio de batería autónoma | |
RU2417498C1 (ru) | Устройство для контроля состояния ключей высоковольтного вентильного преобразователя | |
US20150022120A1 (en) | Light emitting diode apparatus with over current protection function and system having the same | |
Sadik et al. | Humidity testing of SiC power MOSFETs | |
Sutharssan et al. | Prognostics and reliability assessment of light emitting diode packaging | |
CN104065036B (zh) | 不间断电源过热保护方法和装置 | |
WO2017005218A1 (en) | Silicon-controlled rectifier current-protection circuit, related operating method, and dimming circuit and lighting device containing the same | |
Maqueda et al. | Design and Implementation of a Modular Bidirectional Switch Using SiC‐MOSFET for Power Converter Applications | |
RU2580936C2 (ru) | Устройство контроля тепловых режимов силовых модулей преобразователя | |
US6084787A (en) | Device for supervising in a high voltage converter station | |
Rasool et al. | Centralized environment and battery monitoring system for server rooms | |
US6185116B1 (en) | HVDC power transmission system with cooling and switching device temperature detection | |
EP4020807A1 (en) | Isolated voltage detection with current limiters | |
US6020735A (en) | Switching device internal diode detection circuit and method of operating the same | |
CN203870153U (zh) | 正、负脉冲检测工具 | |
US20180375469A1 (en) | Solar cell monitoring device | |
EP3522347B1 (en) | Electric power converting device and method of recording state thereof | |
KR101179457B1 (ko) | 배터리 관리 시스템에서 스위칭 소자의 보호를 위한 전압 밸런싱 회로 | |
CN105282920B (zh) | Led照明装置 | |
KR20190049660A (ko) | 무전원형 조명 장치의 동작 방법 | |
CN209897007U (zh) | 监控组件热斑的***及光伏*** |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180707 |