換流組件中半導體開關部件故障定位裝置及換流組件的製作方法
2023-05-27 09:05:42
本實用新型涉及換流組件故障檢測技術領域,尤其涉及一種換流組件中半導體開關部件故障定位裝置及換流組件。
背景技術:
半導體開關部件具有高電壓、大電流、易於驅動、工作頻率廣等特性而被廣泛使用在變頻設備中。隨著半導體開關部件電壓、電流、頻率等級的不斷提升,半導體開關部件在使用過程中,往往會因及極短時間的過流、過壓造成損壞。影響變頻設備的正常使用。在半導體開關部件串聯電路中,一個半導體開關部件損壞,會增加其他半導體開關部件所承受的電壓,進而增加其他半導體開關部件損壞的機率;情況嚴重時,會破壞整個半導體開關部件串聯電路的控制系統,從而造成更大的系統損失和安全事故。因此,需要及時的對變頻設備中半導體開關部件進行檢測,對故障半導體開關部件進行定位,以及時對故障半導體開關部件進行修理或者替換。
目前,解決上述問題的方法主要通過檢測電路檢測半導體開關部件集電極-發射極電壓是否降到0,判斷當前半導體開關部件是否為故障半導體開關部件塊。該方法雖然能夠準確確定變頻設備中當前半導體開關部件是否為故障部件。但是,由於變頻設備的電路中往往包括多個半導體開關部件,如果對每個半導體開關部件都配置對應的檢測電路,那麼整個變頻設備就需要多個檢測電路,即降低了變頻設備的可靠性,同時也增加了變頻設備的成本。
技術實現要素:
有鑑於此,本實用新型實施例提供一種換流組件中半導體開關部件故障定位裝置及換流組件,以實現快速可靠的定位故障半導體開關部件的目的。
第一方面,本實用新型實施例提供了一種換流組件中半導體開關部件故障定位裝置,包括:
信號生成模塊,所述信號生成模塊與所述換流組件中至少兩個半導體開關部件的輸出端分別電連接,用於根據所述半導體開關部件在一個整流周期內輸出的電流生成工作信號,所述工作信號包括:正常工作信號和故障工作信號;
故障觸發模塊,所述故障觸發模塊與所述信號生成模塊電連接,用於接收所述信號生成模塊生成的工作信號,並在所述半導體開關部件整流故障時,根據所述工作信號輸出第一故障反饋信號;
定位模塊,所述定位模塊與故障觸發模塊電連接,用於在接收到所述第一故障反饋信號時,鎖存所述工作信號,以根據鎖存的工作信號定位故障半導體開關部件。
進一步的,所述故障觸發模塊為多輸入與門。
進一步的,所述定位模塊包括:
鎖存單元,與所述故障觸發模塊電連接,用於在接收到所述第一故障反饋信號時,鎖存所述工作信號;
信號源查找單元,與鎖存單元相連,用於根據鎖存的工作信號查找故障工作信號對應的多輸入與門的信號源;
定位單元,與所述信號源查找單元相連,用於根據查找到的信號源與半導體開關部件的對應關係,定位故障半導體開關部件。
進一步的,所述定位模塊採用現場可編程門陣列FPGA實現。
進一步的,所述裝置還包括:邏輯保護模塊,與所述換流組件的負載相連,用於在接收到所述第一故障反饋信號時,啟動邏輯保護,所述邏輯保護模塊採用所述FPGA實現。
進一步的,所述裝置還包括:數位訊號處理DSP,所述DSP與所述定位模塊電連接;
所述定位模塊用於:在接收到所述第一故障反饋信號時,向DSP發送第二故障反饋信號;
所述DSP用於:在接收到所述第二故障反饋信號時,啟動程序保護。
進一步的,所述DSP還用於:在接收到所述第二故障反饋信號時,通過換流組件輸出端連接的電流傳感器採樣換流組件輸出端的電流峰值。
進一步的,所述多輸入與門包括:整流多輸入與門和逆變多輸入與門;
所述整流多輸入與門,用於接收換流組件中整流組件的半導體開關部件的整流工作信號,並在所述半導體開關部件整流故障時,根據所述整流工作信號輸出故障反饋信號;
所述逆變多輸入與門,用於接收換流組件中逆變組件的半導體開關部件的逆變工作信號,並在所述半導體開關部件逆變故障時,根據所述逆變工作信號輸出故障反饋信號。
更進一步的,所述多輸入與門包括:整流多輸入與門和逆變多輸入與門;
所述整流多輸入與門,用於接收換流組件中整流組件的半導體開關部件的整流工作信號,並在所述半導體開關部件整流故障時,根據所述整流工作信號輸出故障反饋信號;
所述逆變多輸入與門,用於接收換流組件中逆變組件的半導體開關部件的逆變工作信號,並在所述半導體開關部件逆變故障時,根據所述逆變工作信號輸 出故障反饋信號。
第二方面,本實用新型實施例提供了一種換流組件,包括上述提供的任一換流組件中半導體開關部件故障定位裝置。
本實用新型實施例提供的換流組件中半導體開關部件故障的定位裝置及換流組件,通過在故障觸發模塊根據半導體開關部件模塊的工作信號生成的故障信號時,定位模塊對半導體開關部件模塊的工作信號進行鎖存,並可根據鎖存的工作信號確定發生故障的半導體開關部件模塊的位置。在換流組件中半導體開關部件故障時,可以快速輸出故障反饋信號,並且準確的定位故障半導體開關部件,方便換流組件中半導體開關部件的測試與維護,減少了工作量,降低了維護成本。
附圖說明
通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述,本實用新型的其它特徵、目的和優點將會變得更明顯:
圖1是本實用新型實施例一提供的換流組件中半導體開關部件故障的定位裝置的電路連接示意圖;
圖2是本實用新型實施例二提供的換流組件中半導體開關部件故障的定位裝置的電路連接示意圖;
圖3是本實用新型實施例三提供的換流組件中半導體開關部件故障的定位裝置的電路連接示意圖;;
圖4本實用新型實施例四提供的換流組件中半導體開關部件故障的定位裝置的電路連接示意圖。
圖中的附圖標記所分別指代的技術特徵為:
1、半導體開關部件;2、信號生成模塊;3、故障觸發模塊;
4、定位模塊;5、DSP;6、整流多輸入與門;7、逆變多輸入與門;
8、光電耦合器。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。可以理解的是,此處所描述的具體實施例僅僅用於解釋本實用新型,而非對本實用新型的限定。另外還需要說明的是,為了便於描述,附圖中僅示出了與本實用新型相關的部分而非全部內容。
在本實用新型實施例中,在未作相反說明的情況下,使用的方位詞如「上、下、頂、底」通常是針對附圖所示的方向而言的或者是針對豎直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置關係描述用詞。
實施例一
本實用新型實施例一提供了一種換流組件中半導體開關部件故障的定位裝置。圖1是本實用新型實施例一提供的換流組件中半導體開關部件故障的定位裝置的電路連接示意圖。如圖1所示,所述換流組件中半導體開關部件模塊故障的定位裝置包括:信號生成模塊,所述信號生成模塊與所述換流組件中至少兩個半導體開關部件1的輸出端分別電連接,用於根據所述半導體開關部件1在一個整流周期內輸出的電流生成工作信號,所述工作信號包括:正常工作信號和故障工作信號;故障觸發模塊3,所述故障觸發模塊3與所述信號生成模塊2電連接,用於接收所述信號生成模塊2生成的工作信號,並在所述半導體開關部件1整流故障時,根據所述工作信號輸出第一故障反饋信號;定位模塊4,所述定位模塊4與故障觸發模塊3電連接,用於在接收到所述第一故障反饋信號 時,鎖存所述工作信號,以根據所述鎖存的工作信號定位故障半導體開關部件1。
換流組件包括至少兩個半導體開關部件1,信號生成模塊2與換流部件中的半導體開關部件1分別對應連接,可以根據所述半導體開關部件1在一個整流周期內輸出的電流生成工作信號。故障觸發模塊3與信號生成模塊2分別連接,可以接收換流組件的半導體開關部件1模塊的工作信號,該工作信號包括:正常工作信號和故障工作信號。示例性的,所述正常工作信號可以為數位訊號「1」,代表半導體開關部件1正常工作,故障工作信號可以為數位訊號「0」代表半導體開關部件1模塊故障。在本實施例中,故障觸發模塊3為多輸入與門,故障觸發模塊3可以由具有上述功能的IC實現。示例性的,可以包括多個2輸入與門,或者由一個多輸入與門。故障觸發模塊3信可以對輸入的工作信號進行與運算,在所有半導體開關部件1能夠正常工作時,故障觸發模塊3接收到的工作信號都為1,則經過與運算後,故障觸發模塊3輸出結果為1;在所有半導體開關部件1中至少有一個半導體開關部件1不能夠正常工作時,即輸出結果中至少有一個0時,故障觸發模塊3經過與運算輸出結果為0,則多輸入與門輸出故障信號,故障觸發模塊3與定位模塊4電連接,定位模塊4用於在接收到所述第一故障反饋信號時,鎖存所述工作信號,以根據所述鎖存的工作信號定位故障半導體開關部件1。具體的,定位模塊4包括:鎖存單元,與所述故障觸發模塊3電連接,用於在接收到所述第一故障反饋信號時,鎖存所述工作信號;信號源查找單元,與鎖存單元相連,用於根據鎖存的工作信號查找故障工作信號對應的多輸入與門的信號源;定位單元,與所述信號源查找單元相連,用於根據查找到的信號源與半導體開關部件1的對應關係,定位故障半導體開關部件1。鎖存每個半導體開關部件1在當前周期內的工作信號。可以根 據所述鎖存的工作信號定位故障半導體開關部件1。定位模塊4可採用具有鎖存功能的集成晶片IC來實現上述功能。
在本實施例中,定位模塊4採用現場可編程門陣列FPGA,FPGA可以被用來實現一些基本的邏輯門電路(比如AND、OR、XOR、NOT)或者更複雜一些的組合功能比如解碼器或數學方程式。在大多數的FPGA裡面,這些可編輯的元件裡也包含記憶元件例如觸發器(Flip-flop)或者其他更加完整的記憶塊。雖然FPGA一般來說比ASIC(專用集成電路)的速度要慢,實現同樣的功能比ASIC電路面積要大。但其具有成本和快速成品的優勢。示例性的,在半導體開關部件1發生故障時,通過現場可編程門陣列FPGA依次查看當前鎖存的每個半導體開關部件1的工作信號,如果鎖存半導體開關部件1的工作信號為0,則定位對應的半導體開關部件1模塊故障;如果鎖存半導體開關部件1的工作信號為1,則定位對應的半導體開關部件1模塊正常。具體的,由於對於每個半導體開關部件1多輸入與門都有對應的接口,可以根據所述鎖存的工作信號查找故障信號對應的多輸入與門的信號源;根據所述信號源與半導體開關部件1的對應關係,定位故障半導體開關部件1。定位模塊4也可採用具有鎖存功能的集成晶片IC來實現上述功能。
此外,本實施例中半導體開關部件可以為:IGBT、GTO、IGCT或IEGT中的任意一種或者多種組合。
本實施例提供的換流組件中半導體開關部件故障的定位裝置,通過在故障觸發模塊根據半導體開關部件的工作信號生成的故障信號時,定位模塊對半導體開關部件的工作信號進行鎖存,並可根據鎖存的工作信號確定發生故障的半導體開關部件的位置。在換流組件中半導體開關部件故障時,可以快速輸出故障反饋信號,並且準確的定位故障半導體開關部件,方便換流組件中半導體開 關部件的測試與維護,減少了工作量,降低了維護成本。
實施例二
圖2是本實用新型實施例二提供的換流組件中半導體開關部件故障的定位裝置的電路連接示意圖。本實施例以上述實施例為基礎。進一步的,所述多輸入與門包括:整流多輸入與門6和逆變多輸入與門7;所述整流多輸入與門6,用於接收換流組件中整流組件的半導體開關部件的整流工作信號,並在所述半導體開關部件整流故障時,根據所述整流工作信號輸出故障反饋信號所述逆變多輸入與門7,用於接收換流組件中逆變組件的半導體開關部件的逆變工作信號,並在所述半導體開關部件逆變故障時,根據所述逆變工作信號輸出故障反饋信號。
由圖2可以看出,本實施例提供的所述多輸入與門包括:整流多輸入與門6和逆變多輸入與門7,所述整流多輸入與門6,接收整流組件的半導體開關部件1模塊的整流工作信號,並在所述半導體開關部件1整流模塊故障時,根據所述整流工作信號輸出故障反饋信號;所述逆變多輸入與門7接收逆變半導體開關部件1模塊的逆變工作信號,並在所述半導體開關部件1逆變模塊故障時,根據所述逆變工作信號輸出故障反饋信號。
一般來說,換流包括整流和逆變兩個步驟,即電流產生交流-直流-交流變化。整流電路是把交流電能轉換為直流電能的電路。三相整流電路主要完成三相交流電到直流電的轉換,在直流電動機的調速等領域得到廣泛應用。在本實施例中,在整流過程中,三相半導體開關部件整流橋電路的交流側與外部交流電源連接,直流側連接負載,半導體開關部件1整流驅動電路的信號輸出端和三相半導體開關部件逆變橋電路的脈衝信號輸入端連接;三相半導體開關部件 逆變橋電路的每個半導體開關部件1的輸出端通過信號生成模塊2與整流多輸入門相連接,整流多輸入門接收信號生成模塊2生成的工作信號。由上述結構可以看出,在整流端共包括6個半導體開關部件1,整流多輸入與門6為6輸入與門,可以接收三相整流電路中6個半導體開關部件1對應的工作信號。
相應的,在逆變過程中,三相半導體開關部件逆變橋電路的整流側與整流橋輸出的直流電源連接,交流側連接負載,半導體開關部件逆變驅動電路的信號輸出端和三相半導體開關部件逆變橋電路的脈衝信號輸入端連接;三相半導體開關部件逆變橋電路的每個半導體開關部件1的輸出端通過信號生成模塊2與逆變多輸入門相連接。逆變多輸入門接收信號生成模塊2生成的工作信號。在逆變端共包括6個半導體開關部件1逆變多輸入與門7為6輸入與門,可以接收三相整流電路中逆變半導體開關部件對應的工作信號。
本實施例通過將多輸入與門優化為整流多輸入與門和逆變多輸入與門,通過整流多輸入與門和逆變多輸入與門可以確定當前故障的半導體開關部件屬於整流部件或者逆變部件,方便對半導體開關部件模塊的測試與維護,減少了工作量,降低了維護成本。
實施例三
圖3是本實用新型實施例三提供的換流組件中半導體開關部件故障的定位裝置的電路連接示意圖。本實施例以上述實施例為基礎。進一步的,換流組件中半導體開關部件故障的定位裝置還包括:邏輯保護模塊,與所述換流組件的負載相連,用於在接收到所述第一故障反饋信號時,啟動邏輯保護,所述邏輯保護模塊採用所述FPGA實現。和數位訊號處理器DSP5,所述DSP5與所述定位模塊4電連接;所述定位模塊4用於:在接收到所述第一故障反饋信號時,向DSP5 發送第二故障反饋信號;所述DSP5用於:在接收到所述第二故障反饋信號時,啟動程序保護。在本實施例中,定位模塊4由FPGA實現,FPGA由於其邏輯處理能力較強,且在接收故障信號的時序上優於DSP5,啟動一級保護,即通過邏輯處理開啟邏輯保護。而DSP5的內部採用程序和數據分開的哈佛結構,具有專門的硬體乘法器,廣泛採用流水線操作,提供特殊的DSP5指令,可以用來快速的實現各種數位訊號處理算法,適用於電機控制、電力傳動、現場數據採集及處理等領域。其優越性表現為:1.靈活性好:當處理方法和參數發生變化時,處理系統只需通過改變軟體設計以適應相應的變化。2.精度高:信號處理系統可以通過A/D變換的位數、處理器的字長和適當的算法滿足精度要求。3.可靠性好:處理系統受環境溫度、溼度,噪聲及電磁場的幹擾所造成的影響較小。在本實施例中,DSP5和FPGA共同作為換流組件的控制單元,在接收到故障信號時,協同對換流組件及其負載進行保護。;DSP5由於其程序運算方面的優勢,用於在接收到定位模塊4發送的第二故障信號時,啟動二級保護,即通過程序處理開啟程序保護。通過DSP5和FPGA的協同配合,實現在半導體開關部件1故障時,能夠及時開啟保護,以使得換流組件和負載避免由於半導體開關部件1故障導致的損害。
此外,在本實施例中,可以在換流組件的輸出端設有電流傳感器,所述電流傳感器與換流組件輸出端相連接,可以採集到換流組件的電流值。電流傳感器與DSP5連接,在DSP5接收到定位模塊4發送的第二故障信號時,DSP5可以通過電流傳感器採樣換流組件輸出端的電流峰值,並存儲該峰值,方便工作人員查看。
本實施例通過增加數位訊號處理器DSP,可以與邏輯保護模塊協同工作,在半導體開關部件故障時,能夠及時開啟保護,以使得換流組件的負載避免由於 半導體開關部件故障導致的損害。
實施例四
圖4是本實用新型實施例四提供的換流組件中半導體開關部件故障的定位裝置的電路連接示意圖。本實施例以上述實施例為基礎,進一步的,將信號生成部件具體優化為光電耦合器8,所述光電耦合器8採集半導體開關部件輸出的電信號,並將所述電信號轉換為數位訊號。
光電耦合器8以光為媒介傳輸電信號。它對輸入、輸出電信號有良好的隔離作用。目前它已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。參見圖4,在本實施例中,所述光電耦合器8分別與換流組件中的每個半導體開關部件1的輸出端和多輸入與門電連接,示例性的,,使之發出一定波長的光,被光探測器接收而產生光電流,再經過進一步放大後輸出。這就完成了電-光-電的轉換,從而起到輸入、輸出、隔離的作用。光電耦合器8的發光源與換流組件中的每個半導體開關部件1的輸出端電連接,在導體開關部件的輸出端輸出電流時,輸入的電信號驅動發光二極體(LED)發光源產生光信號,並通過光纖將光信號傳輸給光電耦合器8的受光器,受光器主要由光敏器件構成,光敏器件一般都是光敏電晶體,在接收到光信號轉換為高電平數位訊號。
本實施例通過將信號生成部件具體優化為光電耦合器,利用光電耦合器將電信號轉為相應的高電平信號。由於光電耦合器具有良好的隔離作用,可以避免在將電信號轉換為數位訊號時受到換流組件中其它部件的電磁信號幹擾,有效提高工作信號的準確度。
本實用新型實施例還提供一種換流組件,該換流組件包括上述任一實施例所描述的換流組件中半導體開關部件故障的定位裝置,具有上述實施例相同的 功能。
注意,上述僅為本實用新型的較佳實施例及所運用技術原理。本領域技術人員會理解,本實用新型不限於這裡所述的特定實施例,對本領域技術人員來說能夠進行各種明顯的變化、重新調整和替代而不會脫離本實用新型的保護範圍。因此,雖然通過以上實施例對本實用新型進行了較為詳細的說明,但是本實用新型不僅僅限於以上實施例,在不脫離本實用新型構思的情況下,還可以包括更多其他等效實施例,而本實用新型的範圍由所附的權利要求範圍決定。