Источник постоянного напряжения

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для защиты от электрохимической коррозии подземных металлических сооружений, зарядки аккумуляторов, в установках запуска двигателей самолетов, автомобилей, источников питания опреснительных установок и других целей. Технический результат заключается в повышении точности стабилизации выходных напряжения и тока при регулировании их в диапазоне от 0 до 100%. Источник постоянного напряжения содержит блок фильтра радиопомех и защиты от перенапряжений, коммутирующий аппарат, датчик фазного тока, трансформатор, управляемый выпрямитель, сглаживающий фильтр, датчик ограничения и стабилизации выходного тока, фильтры радиопомех и защиты от перенапряжений, трансформатор питания защиты, выпрямитель, исполнительный орган защиты, счетчик времени наработки, блок управления, трансформатор питания, блок источников питания, источник опорного напряжения, блок усилителей сигналов рассогласования, блок формирования импульсов, блок усилителей мощности, блок защиты и блок активного фильтра. В источнике постоянного напряжения использованы быстродействующая защита от коротких замыканий и перегрузок, режим токоограничения, обеспечивающий любую величину тока в диапазоне от 0 до 100% и ограничение максимального тока на уровне, не превышающем на 5-10% номинальной величины тока. Кроме того, применена быстродействующая схема отключения источника постоянного напряжения от питающей сети. Введены фильтры для снижения уровня радиопомех на шинах питания и нагрузки источника постоянного напряжения, в котором обеспечивается защита от перенапряжений. 1 ил.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в преобразователях для защиты от электрохимической коррозии подземных металлических сооружений, в устройствах зарядки аккумуляторов, в установках запуска двигателей самолетов, автомобилей, источниках питания опреснительных установок и других целей.

Известно автоматическое устройство для катодной защиты металлических сооружений от коррозии (авт. св. СССР 411174, G 23 f 13/00, 1974, БИ 2), содержащее неполяризующийся электрод сравнения, интегратор, состоящий из сопротивления и конденсатора. Выход интегратора подключен к цепи, включающей в себя задающее сопротивление, последовательно соединенное через диод с нагрузочным сопротивлением. Задающее сопротивление подключено к датчику опорных калиброванных импульсов, в качестве которого используется преобразователь. Нагрузочное сопротивление включено на вход усилителя переменного тока. Усилитель через выпрямительный мост подключен ко входу фазовращающего устройства, в качестве которого используется, например, магнитный усилитель. Выход фазовращающего устройства, которое получает питание от обмотки, подключен к тиристорам. Силовая часть устройства питается от трансформатора, подключенного к тиристорам, и питает нагрузку.

Недостатками этого устройства являются: низкая точность поддержания защитного потенциала на защищаемом металлическом сооружении по отношению к заданному защитному потенциалу, отсутствует защита от коротких замыканий и перегрузок, т. е. нет режима токоограничения и стабилизации выходного тока, нет быстродействующей схемы отключения устройства от питающей сети при коротких замыканиях и недопустимых перегрузках, а также нет защиты от перенапряжений, высокий уровень радиопомех и большой коэффициент пульсаций выходного напряжения.

Примененный в устройстве интегратор, состоящий из конденсатора и резистора, имеет определенную постоянную времени, что не позволяет получить одинаковый уровень пульсации сигнала обратной связи во всем диапазоне регулирования выходного напряжения. При режимах работы устройства, близких к номинальному, пульсации у сигнала обратной связи, снимаемого с интегратора, относительно маленькие, а при малом выходном напряжении устройства пульсации резко возрастают, так как коэффициент сглаживания интегратора сравнительно мал. Применение в интеграторе конденсаторов большой емкости приводит к возникновению автоколебаний при больших углах регулирования, так как начинает сказываться собственная индуктивность конденсаторов. Поэтому точность измерения защитного потенциала защищаемого металлического сооружения по отношению к заданному защитному потенциалу невозможно получить менее 4-5% при диапазоне регулирования выходного напряжения устройства от нуля до 100%.

В устройстве отсутствует защита от коротких замыканий и перегрузок и быстродействующая схема отключения от питающей сети, что может привести к выходу из строя устройства.

Известен источник постоянного напряжения (авт. св. СССР 412661, H 02 m 7/04, G 05 f 1/16, С 23 f 13/00, 1974, БИ 3), содержащий стабилизатор опорного напряжения, блоки сравнения и управления, регулятор, согласующий трансформатор, выпрямитель, датчики токового ограничения и коррекции фазового сдвига, входы которых подключены к выходам регулятора, а выходы - ко входам схемы управления.

Недостатками этого источника постоянного напряжения являются: низкая точность поддержания защитного потенциала на защищаемом металлическом сооружении по отношению к заданному защитному потенциалу, низкая точность стабилизации тока при работе в режиме токоограничения, нет быстродействующей схемы отключения источника постоянного напряжения от питающей сети при коротких замыканиях и недопустимых перегрузках, а также нет защиты от перенапряжений, высокий уровень радиопомех и большой коэффициент пульсации выходного напряжения.

В источнике постоянного напряжения в блоке сравнения происходит сравнение постоянного опорного напряжения (заданный защитный потенциал) с пульсирующим выпрямленным напряжением (действительный защитный потенциал), снимаемым между электродом сравнения и защищаемым сооружением. Сравнение постоянного напряжения с пульсирующим выпрямленным напряжением приводит к снижению точности измерения и поддержания действительного защитного потенциала на защищаемом металлическом сооружении. Это может привести к недозащите подземного металлического сооружения и к снижению эффективной зоны защиты при работе источника постоянного напряжения в режиме автоматического поддержания действительного защитного потенциала.

В источнике постоянного напряжения ток, протекающий через трансформатор тока датчика токового ограничения, зависит от диапазона регулирования выходного напряжения (тока), коэффициента трансформации силового трансформатора и тока холостого хода. При выходных токах, близких к номинальному, точность стабилизации выходного тока достаточно высока. При малых выходных токах через трансформатор тока протекает ток, в котором большую часть начинает составлять ток холостого хода силового трансформатора (согласующий трансформатор), что приводит к снижению точности стабилизации выходного тока. При больших углах регулирования в режиме, близком к короткому замыканию, когда входной ток имеет форму коротких импульсов большой амплитуды, точность стабилизации очень низкая. Это может привести к выходу из строя симистора и диодов. Поэтому такая схема защиты от коротких замыканий ненадежна. В источнике постоянного напряжения отсутствует быстродействующая схема отключения от питающей сети.

При выходе из строя схемы токоограничения источник постоянного напряжения от питающей сети не отключается и может выйти из строя.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является тиристорный стабилизатор постоянного напряжения (Найвельт Г.С. и др. Источники электропитания РЭА, Москва, Радио и связь, 1985 г., с.251, рис. 7.1), содержащий последовательно соединенные трансформатор, тиристорный управляемый выпрямитель и сглаживающий фильтр, последовательно соединенные источник опорного напряжения, усилитель сигнала рассогласования и устройство управления тиристорами, выход которого подключен ко второму входу тиристорного управляемого выпрямителя, и делитель выходного напряжения, вход которого подключен к выходу сглаживающего фильтра, а выход - к второму входу усилителя сигнала рассогласования.

Недостатками этого тиристорного стабилизатора постоянного напряжения являются: низкая точность стабилизации выходного напряжения, отсутствует защита от коротких замыканий и перегрузок, т.е. нет режима токоограничения и стабилизации выходного тока, а также нет быстродействующей схемы отключения тиристорного стабилизатора постоянного напряжения от питающей сети при коротких замыканиях и недопустимых перегрузках, высокий уровень радиопомех, а также нет защиты от перенапряжений, и большой коэффициент пульсации выходного напряжения.

Отсутствие защиты от коротких замыканий и перегрузок и быстродействующей схемы отключения от питающей сети может привести к выходу из строя тиристорного стабилизатора постоянного напряжения.

Технический результат - повышена точность стабилизации выходного напряжения (защитного потенциала или какого-либо другого параметра) и точность стабилизации выходного тока при регулировании их в диапазоне от 0 до 100%, применена быстродействующая защита от коротких замыканий и перегрузок, введен режим токоограничения, позволяющий устанавливать любую величину тока в диапазоне от 0 до 100% и ограничивать максимальный ток источника постоянного напряжения на уровне, не превышающем на 5-10% номинальный выходной ток, применена быстродействующая схема отключения источника постоянного напряжения от питающей сети, введены фильтры для снижения уровня радиопомех на шинах питания и нагрузки источника постоянного напряжения и защита от перенапряжений.

Технический результат достигается тем, что в него введены блок фильтра радиопомех и защиты от перенапряжений, содержащий индуктивности, ограничители напряжений и конденсаторы, причем индуктивности включены в шины питания источника постоянного напряжения, ограничители напряжения подключены к шинам питания источника постоянного напряжения и корпусу, а конденсаторы включены между шинами питания источника постоянного напряжения, между шинами питания источника постоянного напряжения и корпусом, коммутирующий аппарат, датчик фазного тока, при этом входные силовые цепи коммутирующего аппарата подключены к блоку фильтра радиопомех и защиты от перенапряжений, а выходные силовые цепи подключены к датчику фазного тока, первый выход которого соединен с первичной обмоткой трансформатора, вход сглаживающего фильтра соединен с первым выходом управляемого выпрямителя, а выход соединен с первой шиной нагрузки источника постоянного напряжения, датчик ограничения и стабилизации выходного тока, вход которого соединен с вторым выходом управляемого выпрямителя, а выход соединен с второй шиной нагрузки источника постоянного напряжения, фильтр радиопомех и защиты от перенапряжений, содержащий ограничители напряжений и конденсаторы, в котором ограничители напряжения и конденсаторы включены между шинами нагрузки источника постоянного напряжения, между шиной нагрузки источника постоянного напряжения и корпусом, последовательно соединенные трансформатор питания защиты, выпрямитель и исполнительный орган защиты, при этом вход трансформатора питания защиты подключен к входным силовым цепям коммутирующего аппарата, а выходные цепи исполнительного органа защиты включены последовательно в цепь питания коммутирующего аппарата, блок активного фильтра, первый вход которого предназначен для подключения сигнала обратной связи, блок управления, содержащий блок защиты, первый вход которого подключен к второму выходу датчика фазного тока, третий вход подключен к второму выходу датчика ограничения и стабилизации выходного тока, а выход подключен к второму входу исполнительного органа защиты, и последовательно соединенные трансформатор питания, блок источников питания, источник опорного напряжения, блок усилителей сигналов рассогласования, который снабжен схемой управления счетчиком времени наработки, инвертирующим усилителем и вторым усилителем сигнала рассогласования, при этом в выходные цепи обоих усилителей сигналов рассогласования включены развязывающие диоды, третьи входы инвертирующего усилителя, первого и второго усилителей сигналов рассогласования соединены с первым входом блока усилителей сигналов рассогласования, вторые входы инвертирующего усилителя, первого и второго усилителей сигналов рассогласования и схемы управления счетчиком времени наработки соединены с вторым входом блока усилителей сигналов рассогласования, первый вход второго усилителя сигнала рассогласования соединен с третьим входом блока усилителей сигналов рассогласования, четвертый вход блока усилителей сигналов рассогласования соединен с первым входом инвертирующего усилителя, выход которого соединен с первыми входами первого усилителя сигнала рассогласования и схемы управления счетчиком времени наработки, третий вход схемы управления счетчиком времени наработки соединен с пятым входом блока усилителей сигналов рассогласования, а выход схемы управления счетчиком времени наработки соединен с третьим выходом блока усилителей сигналов рассогласования, блок формирования импульсов, к первому входу которого подключены выходы обоих усилителей сигналов рассогласования, и блок усилителя мощности, выход которого соединен с вторым входом управляемого выпрямителя, а второй вход соединен с вторым выходом блока источников питания и вторыми входами блока активного фильтра, блока защиты, блока формирования импульсов и блока усилителей сигналов рассогласования, при этом третий, четвертый и пятый входы которого подключены к второму выходу датчика ограничения и стабилизации выходного тока, к выходу блока активного фильтра и к второму выходу трансформатора питания, третий и четвертый выходы которого подключены к третьему входу блока формирования импульсов и к третьему входу блока усилителя мощности, а вход соединен с первичной обмоткой трансформатора, и счетчик времени наработки, вход которого соединен с третьим выходом блока усилителей сигналов рассогласования.

Для исключения бросков тока в нагрузке в источнике постоянного напряжения дополнительно применена схема плавного включения в работу, а также предусмотрены зажимы для подключения к системе телемеханики для осуществления функций телеизмерения, телесигнализации, телеуправления и телерегулирования.

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить соответствие их критерию "новизна".

При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены и потому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".

На чертеже представлена функциональная схема источника постоянного напряжения.

Источник постоянного напряжения состоит из блока фильтра радиопомех и защиты от перенапряжений 1, коммутирующего аппарата 2, датчика фазного тока 3, трансформатора 4, управляемого выпрямителя 5, сглаживающего фильтра 6, датчика ограничения и стабилизации выходного тока 7, фильтра радиопомех и защиты от перенапряжений 8, трансформатора питания защиты 9, выпрямителя 10, исполнительного органа защиты 11, счетчика времени наработки 12, блока управления 13, трансформатора питания 14, блока источников питания 15, источника опорного напряжения 16, блока усилителей сигналов рассогласования 17, блока формирования импульсов 18, блока усилителя мощности 19, блока защиты 20 и блока активного фильтра 21.

Трансформатор питания 14, блок источников питания 15, источник опорного напряжения 16, блок усилителей сигналов рассогласования 17, блок формирования импульсов 18, блок усилителя мощности 19 и блок защиты 20 составляют блок управления 13 источником постоянного напряжения.

Принцип работы источника постоянного напряжения основан на регулировании выходного напряжения (тока) путем изменения момента времени отпирания регулирующих элементов, осуществляемого системой фазового управления.

Блок фильтра радиопомех и защиты от перенапряжений 1 предназначен для снижения уровня радиопомех и защиты от перенапряжений на шинах питания источника постоянного напряжения. Примененные в блоке фильтра радиопомех и защиты от перенапряжений индуктивности и конденсаторы позволяют снизить уровень радиопомех, создаваемых регулирующими элементами в управляемом выпрямителе 5, до допустимых значений на шинах питания источника постоянного напряжения. В зависимости от мощности источника постоянного напряжения, назначения и условий эксплуатации величина индуктивностей и конденсаторов будет меняться.

Ограничители напряжения снижают амплитуду импульсов напряжения до допустимых значений на шинах питания источника постоянного напряжения, наводящихся при грозовых разрядах в атмосфере или от действия сетевой коммутационной аппаратуры. В зависимости от назначения и условий эксплуатации источника постоянного напряжения для повышения надежности защиты дополнительные ограничители напряжения следует включать параллельно.

В блоке фильтра радиопомех и защиты от перенапряжений индуктивности включены в шины питания источника постоянного напряжения, ограничители напряжения подключены к шинам питания источника постоянного напряжения и корпусу, а конденсаторы включены между шинами питания источника постоянного напряжения, между шинами питания источника постоянного напряжения и корпусом; в фильтре радиопомех необходимо применять конденсаторы с малой собственной индуктивностью.

Коммутирующий аппарат 2 предназначен для включения источника постоянного напряжения в работу, отключения после окончания работы и отключения от питающей сети при возникновении короткого замыкания или перегрузки в источнике постоянного напряжения или в нагрузке.

Датчик фазного тока 3 предназначен для контроля величины тока, протекающего в первичной обмотке трансформатора 4. Датчик фазного тока вырабатывает напряжение, пропорциональное фазному току в первичной обмотке трансформатора 4. В качестве датчика фазного тока могут применяться: трансформатор переменного тока, который вырабатывает напряжение, пропорциональное фазному току в первичной обмотке трансформатора 4, магниточувствительный датчик Холла, позволяющий измерять силу постоянного, переменного и импульсного тока с гальванической развязкой силовых цепей и цепей контроля, с электронной обработкой сигнала (активный фильтр), шунт с электронной обработкой сигнала (активный фильтр) и гальванической развязкой выходных цепей от цепей контроля и другие.

Трансформатор 4 предназначен для понижения напряжения питающей сети до требуемого значения и гальванической развязки выходного напряжения источника постоянного напряжения от питающей сети.

Управляемый выпрямитель 5 предназначен для обеспечения возможности регулирования выходного напряжения (тока) путем изменения момента времени подачи управляющих импульсов на регулирующие элементы.

Сглаживающий фильтр 6 предназначен для снижения уровня пульсаций выходного напряжения (тока), повышения коэффициента полезного действия источника постоянного напряжения, ограничения скорости нарастания тока через регулирующие элементы и снижения уровня радиопомех на шинах нагрузки источника постоянного напряжения.

Датчик ограничения и стабилизации выходного тока 7 предназначен для контроля величины тока, протекающего в нагрузке. Применение этого датчика, включенного во вторую шину нагрузки, позволило повысить точность стабилизации выходного тока в нагрузке в диапазоне регулирования от 0 до 100%, исключить влияние тока холостого хода трансформатора на точность стабилизации выходного тока, повысить эффективность защиты от коротких замыканий и перегрузок, обеспечить режим ограничения максимального тока в нагрузке при любых режимах работы источника постоянного напряжения и изменения сопротивления нагрузки в диапазоне от 0,1 номинального значения сопротивления нагрузки до номинального значения. В качестве датчика ограничения и стабилизации выходного тока могут быть использованы: магниточувствительный датчик Холла, позволяющий измерять силу постоянного, переменного и импульсного тока с гальванической развязкой силовых цепей и цепей контроля, с электронной обработкой сигнала (активный фильтр), шунт с электронной обработкой сигнала (активный фильтр) и гальванической развязкой выходных цепей от цепей контроля, трансформатор постоянного тока с электронной обработкой сигнала (активный фильтр) и другие.

Фильтр радиопомех и защиты от перенапряжений 8 предназначен для снижения уровня радиопомех и защиты от перенапряжений на шинах нагрузки источника постоянного напряжения. Конденсаторы позволяют снизить уровень радиопомех, а ограничители напряжения снижают амплитуду импульсов напряжения до допустимых значений. В зависимости от назначения и условий эксплуатации источника постоянного напряжения для повышения надежности защиты дополнительные ограничители напряжения следует включать параллельно. В фильтре радиопомех и защиты от перенапряжений ограничители напряжения и конденсаторы включены между шинами нагрузки источника постоянного напряжения, между шиной нагрузки источника постоянного напряжения и корпусом.

Трансформатор питания защиты 9 предназначен для понижения напряжения питающей сети до требуемых значений, гальванической развязки выходных напряжений от питающей сети, обеспечения питанием исполнительного органа защиты 11 при отключении источника постоянного напряжения от питающей сети по причине возникновения короткого замыкания или перегрузки и световой сигнализации, сигнализирующей о состоянии и режимах работы источника постоянного напряжения.

Выпрямитель 10 вырабатывает напряжения, необходимые для питания исполнительного органа защиты 11.

Исполнительный орган защиты 11 предназначен для размыкания цепи питания коммутирующего аппарата 2 при возникновении короткого замыкания или перегрузки. При коротком замыкании срабатывает исполнительный орган защиты и размыкает цепь питания коммутирующего аппарата, силовые цепи которого отключают источник постоянного напряжения от питающей сети. Исполнительный орган защиты при этом переходит в другое устойчивое состояние, самоблокируется, фиксируя тем самым выключенное состояние коммутирующего аппарата. В качестве исполнительного органа защиты можно использовать реле с блокировочным контактом или электронное реле с памятью.

Счетчик времени наработки 12 учитывает время работы источника постоянного напряжения в заданном режиме: время наличия заданного защитного потенциала на защищаемом сооружении или время наличия требуемой величины выходного напряжения (или какого-либо другого параметра). Если источник постоянного напряжения стабилизирует заданный защитный потенциал подземного сооружения, когда сигнал обратной связи снимается между электродом сравнения и защищаемым металлическим сооружением, то счетчик времени наработки включится в работу только тогда, когда сигнал обратной связи больше или равен заданному защитному потенциалу. При стабилизации выходного напряжения источника постоянного напряжения счетчик времени наработки включится в работу тогда, когда выходное напряжение больше или равно заданному значению.

Если необходимо будет учитывать время работы источника постоянного напряжения в режиме стабилизации тока, тогда следует схему управления счетчиком времени наработки отключить от контура стабилизации какого-либо параметра и подключить к выходу усилителя сигнала рассогласования контура стабилизации тока.

При необходимости учитывать общее время нахождения источника постоянного тока под напряжением (определение времени работы самого источника постоянного напряжения или его технического ресурса) можно установить второй счетчик времени наработки, который включается в работу при включении источника постоянного напряжения.

Блок управления 13 обеспечивает функционирование всех блоков источника постоянного напряжения в выбранном режиме работы: ручное регулирование выходного напряжения (тока), стабилизации выходного напряжения или тока, стабилизация какого-либо другого параметра (поддержание защитного потенциала на подземном металлическом сооружении, поддержание постоянной температуры нагрева и т.п.), сигнал обратной связи с которого заводится в источник постоянного напряжения через блок активного фильтра 21. Режим работы источника постоянного напряжения задается переключателем режима работы.

Трансформатор питания 14 предназначен для понижения напряжения питающей сети до требуемых значений и гальванической развязки выходных напряжений от питающей сети.

Блок источников питания 15 вырабатывает напряжения, необходимые для питания узлов и блоков источника постоянного напряжения.

Источник опорного напряжения 16 предназначен для выработки опорного напряжения. Он вырабатывает высокостабильное напряжение, которое используется в качестве опорного напряжения в узлах сравнения усилителей сигналов рассогласования.

Блок усилителей сигналов рассогласования 17 предназначен для сравнения напряжений обратной связи с опорным напряжением и выработки управляющих напряжений, а также для управления счетчиком времени наработки. В состав блока усилителей сигналов рассогласования входят два усилителя сигналов рассогласования и схема управления счетчиком времени наработки.

В случае необходимости может быть применен инвертирующий усилитель для изменения фазы сигнала обратной связи и усиления сигнала обратной связи по току.

В блоке усилителей сигналов рассогласования один усилитель сигнала рассогласования с интегратором используется для сравнения напряжения обратной связи, снимаемого с блока активного фильтра 21, с опорным напряжением и выработки управляющего напряжения для стабилизации выходного напряжения источника постоянного напряжения или защитного потенциала на подземном металлическом сооружении, или какого-либо другого параметра.

Другой усилитель сигнала рассогласования используется для сравнения напряжения обратной связи, снимаемого с датчика ограничения и стабилизации выходного тока 7, с опорным напряжением и выработки управляющего напряжения для стабилизации выходного тока источника постоянного напряжения, регулирования величины этого тока и создания режима токоограничения для ограничения максимальной величины выходного тока.

Схема управления счетчиком времени наработки используется для включения в работу счетчика времени наработки при определенной величине сигнала обратной связи. Сигнал обратной связи с блока активного фильтра поступает на вход схемы управления счетчиком времени наработки, где сравнивается с опорным напряжением, величина которого устанавливается переменным резистором (задатчик порога включения счетчика времени наработки). Когда сигнал обратной связи равен или больше опорного напряжения, тогда схема управления счетчиком времени наработки включает в работу счетчик времени наработки. Вели сигнал обратной связи меньше опорного напряжения, то счетчик времени наработки не включится в работу.

Блок формирования импульсов 18 предназначен для изменения момента времени подачи импульсов управления и формирования импульсов для управления регулирующими элементами.

Блок усилителя мощности 19 предназначен для усиления мощности импульсов управления и гальванической развязки блока управления от регулирующих элементов.

Блок защиты 20 предназначен для защиты источника постоянного напряжения от повреждений в случае возникновения неисправностей и коротких замыканий в нагрузке или внутри источника постоянного напряжения и отключения его от питающей сети.

Блок активного фильтра 21 предназначен для сглаживания пульсаций напряжения обратной связи. При глубоких углах регулирования напряжение обратной связи будет не постоянным, а пульсирующим, что приведет к снижению точности стабилизации защитного потенциала (напряжения). Применение блока активного фильтра позволяет получить постоянное напряжение на его выходе, пропорциональное среднему значению пульсирующего напряжения на его входе. Это в свою очередь позволяет получить точность стабилизации защитного потенциала или напряжения не более 1% в источнике постоянного напряжения при регулировании выходного тока или напряжения в диапазоне от 0 до 100%.

Источник постоянного напряжения работает следующим образом.

Напряжение питающей сети через шины питания источника постоянного напряжения, блок фильтра радиопомех и защиты от перенапряжений 1, коммутирующий аппарат 2 и датчик фазного тока 3 поступает на первичную обмотку трансформатора 4. Выходное напряжение от трансформатора 4 через управляемый выпрямитель 5, сглаживающий фильтр 6 и датчик ограничения и стабилизации выходного тока 7 по шинам нагрузки источника постоянного напряжения поступает в нагрузку. Выходное напряжение (ток) изменяется с помощью управляемого выпрямителя 5.

Источник постоянного напряжения может работать в нескольких режимах: ручного регулирования выходного напряжения (тока), стабилизации какого-либо параметра (защитного потенциала, выходного напряжения, температуры и т.п.), стабилизации выходного тока и ограничения выходного тока на уровне, не превышающем номинальное значение более чем на 5-10%.

В источнике постоянного напряжения применена схема плавного включения в работу, что позволяет исключить броски тока в первичной и вторичной обмотках трансформатора и в регулирующих элементах управляемого выпрямителя 5. Схема плавного включения работает только в момент включения источника постоянного напряжения и на дальнейшую его работу не влияет. Схема плавного включения в работу источника постоянного напряжения входит в состав блока формирования импульсов 18 и осуществляет задержку по времени до нескольких секунд.

Режим ограничения выходного тока на заданном уровне работает одновременно с режимом ручного регулирования выходного напряжения (тока) или с режимом стабилизации какого-либо параметра источника постоянного напряжения и не позволяет выходному току превышать номинальный ток более чем на 5-10%. При стабилизации выходного тока ограничение выходного тока может производиться на любом уровне в диапазоне от 0 до 100%.

При применении источника постоянного напряжения для стабилизации действительного защитного потенциала на подземном металлическом сооружении он работает следующим образом. Сигнал обратной связи снимается между электродом сравнения и защищаемым подземным металлическим сооружением и подается на первый вход блока активного фильтра 21. С выхода блока активного фильтра 21 поступает напряжение, пропорциональное сигналу обратной связи, на четвертый вход блока усилителей сигналов рассогласования 17, где сравнивается с заданным опорным напряжением, величина которого устанавливается переменным резистором (задатчик заданного защитного потенциала или какого-либо другого параметра). Опорное напряжение поступает на первый вход блока усилителей сигналов рассогласования 17 от источника опорного напряжения 16. В результате сравнения образуется сигнал рассогласования, который усиливается усилителем сигнала рассогласования блока усилителей сигналов рассогласования 17 и в виде управляющего напряжения через развязывающий диод поступает на первый вход блока формирования импульсов 18.

В блоке формирования импульсов 18 осуществляется синхронизация начала момента формирования пилообразного напряжения с питающей сетью и фазовое регулирование импульсов управления. В блоке формирования импульсов 18 управляющее напряжение сравнивается с пилообразным напряжением и вырабатываются импульсы управления, которые после предварительного усиления поступают в блок усилителя мощности 19. При изменении амплитуды управляющего напряжения изменяется по фазе и момент сравнения управляющего напряжения с пилообразным напряжением, а следовательно, изменяется и величина выходного напряжения (тока) на выходе источника постоянного напряжения.

В блоке усилителя мощности 19 импульсы управления усиливаются по мощности и подаются на регулирующие элементы управляющего выпрямителя 5.

Выходной ток источника постоянного напряжения поднимает действительный защитный потенциал подземного металлического сооружения (по абсолютной величине) до величины заданного защитного потенциала и автоматически поддерживает эту величину на заданном уровне. При уменьшении действительного защитного потенциала на подземном металлическом сооружении система автоматического регулирования блока управления 13 увеличивает выходной ток до такой величины, чтобы действительный защитный потенциал стал равным заданному защитному потенциалу. При увеличении действительного защитного потенциала на подземном сооружении система автоматического регулирования блока управления 13 уменьшает выходной ток до такой величины, чтобы действительный защитный потенциал стал равным заданному защитному потенциалу. Так осуществляется стабилизация заданного защитного потенциала на подземном металлическом сооружении с высокой точностью.

Для стабилизации выходного напряжения источника постоянного напряжения в качестве сигнала обратной связи необходимо использовать выходное напряжение источника постоянного напряжения. Для этого делитель выходного напряжения подключают к шинам нагрузки. Напряжение обратной связи снимается с делителя к подается на первый вход блока активного фильтра 21. Далее источник постоянного напряжения работает аналогично изложенному выше.

При увеличении выходного напряжения источника постоянного напряжения выше заданного значения система автоматического регулирования блока управления 13 уменьшает выходное напряжение, а при уменьшении выходного напряжения система автоматического регулирования блока управления 13 увеличивает выходное напряжение. Таким образом поддерживается постоянным выходное напряжение источника постоянного напряжения с высокой точностью.

Например, для поддержания с заданной точностью температуры нагрева печи в качестве сигнала обратной связи используется напряжение, снимаемое с датчика температуры, которое пропорционально температуре нагрева печи. Это напряжение подается на первый вход блока активного фильтра 21. С выхода блока активного фильтра 21 поступает напряжение, пропорциональное сигналу обратной связи, на четвертый вход блока усилителей сигналов рассогласования 17. Далее источник постоянного напряжения работает аналогично описанному выше. При повышении температуры печи выше заданного значения система автоматического регулирования блока управления 13 уменьшает выходной ток источника, а при понижении температуры печи - увеличивает выходной ток. Таким образом поддерживается постоянной температура печи с высокой точностью.

При работе источника постоянного напряжения в режиме стабилизации выходного тока сигнал обратной связи снимается с датчика ограничения и стабилизации выходного тока 7 и поступает в блок защиты 20 и на третий вход блока усилителей сигналов рассогласования 17, где сравнивается с заданным опорным напряжением, величина которого устанавливается переменным резистором (задатчик выходного тока). В результате сравнения образуется сигнал рассогласования, который усиливается усилителем сигнала рассогласования блока усилителей сигналов рассогласования 17 и в виде управляющего напряжения через развязывающий диод поступает на первый вход блока формирования импульсов 18. Далее схема работает аналогично описанному выше.

Когда при увеличении напряжения питающей сети или при изменении сопротивления нагрузки произойдет увеличение выходного тока источника постоянного напряжения, тогда система автоматического регулирования блока управления 13 уменьшает выходной ток, а при уменьшении выходного тока система автоматического регулирования блока управления 13 увеличивает выходной ток. Таким образом поддерживается постоянным выходной ток источника постоянного напряжения с высокой точностью, величина которого может устанавливаться от нуля до номинального значения.

В источнике постоянного напряжения предусмотрена возможность ограничения максимального тока в нагрузке при перегрузке источника постоянного напряжения по току, т.е. когда сопротивление нагрузки меньше номинального значения. Например, когда сопротивление нагрузки равно половине номинального значения (0,5 R_нoм), тогда выходной ток будет в 2 раза больше номинального значения. Это может привести к выходу из строя регулирующих элементов управляемого выпрямителя. Поэтому блок защиты источника настраивается таким образом, чтобы выходной ток не превышал номинального значения больше чем на 5-10% при уменьшении номинального значения сопротивления нагрузки. Ограничение тока сохраняется при любом режиме работы источника постоянного напряжения.

При работе источника постоянного напряжения в режиме стабилизации какого-либо параметра (защитного потенциала, выходного напряжения, температуры и т.п.) одновременно работают два контура: контур стабилизации какого-либо параметра и контур ограничения выходного тока (он же является и контуром стабилизации выходного тока). Контур стабилизации какого-либо параметра составляют: сигнал обратной связи - блок активного фильтра - блок усилителей сигналов рассогласования - блок формирования импульсов - блок усилителя мощности - управляемый выпрямитель - сглаживающий фильтр с датчиком ограничения и стабилизации выходного тока - нагрузка. Контур ограничения (стабилизации) выходного тока составляют: сигнал обратной связи от датчика ограничения и стабилизации выходного тока - блок усилителей сигналов рассогласования - блок формирования импульсов - блок усилителя мощности - управляемый выпрямитель - сглаживающий фильтр с датчиком ограничения и стабилизации выходного тока - нагрузка.

Выходы обоих усилителей сигналов рассогласования этих контуров подключены к одному и тому же входу блока формирования импульсов 18 через развязывающие диоды. Управляющее напряжение на первый вход блока формирования импульсов 18 будет поступать от того контура, амплитуда управляющего напряжения которого будет больше. При этом развязывающий диод другого контура будет заперт.

При работе источника в режиме стабилизации действительного защитного потенциала управляющее напряжение с блока усилителей сигналов рассогласования будет поступать на первый вход блока формирования импульсов 18 и, следовательно, будет управлять работой управляемого выпрямителя, стабилизируя действительный защитный потенциал. Если при этом выходной ток не превышает номинального значения, то сигнал обратной связи, снимаемый с датчика ограничения и стабилизации выходного тока 7, будет мал по амплитуде и управляющее напряжение во втором контуре вырабатываться не будет.

Если теперь по какой-либо причине сопротивление нагрузки уменьшится и выходной ток станет больше номинального значения, тогда сигнал обратной связи, снимаемый с датчика ограничения и стабилизации выходного тока 7, возрастет по амплитуде и управляющее напряжение контура ограничения выходного тока через развязывающий диод поступит на первый вход блока формирования импульсов 18 и, следовательно, будет управлять работой управляемого выпрямителя, стабилизируя выходной ток. При этом развязывающий диод контура стабилизации действительного защитного потенциала будет заперт и стабилизация действительного защитного потенциала не будет производиться. При исчезновении кратковременной перегрузки источник постоянного напряжения вернется в исходное состояние и будет продолжать стабилизировать действительный защитный потенциал.

Если в нагрузке произойдет короткое замыкание (когда сопротивление нагрузки составляет сотые доли Ома), то напряжение обратной связи, снимаемое с датчика ограничения и стабилизации выходного тока 7, резко возрастет по амплитуде. Тогда сработает блок защиты 20 и исполнительный орган защиты выключит коммутирующий аппарат, а следовательно, отключит источник постоянного напряжения от питающей сети.

При технической необходимости можно схему защиты построить таким образом, чтобы при возникновении короткого замыкания в нагрузке на короткий промежуток времени источник переключался на режим ограничения выходного тока. Затем источник возвращается в заданный режим, и если за это время короткое замыкание не исчезнет, тогда схема защиты отключит его от питающей сети. Это позволит не отключать источник постоянного напряжения от питающей сети при кратковременном коротком замыкании.

При возникновении короткого замыкания внутри источника постоянного напряжения резко возрастет фазный ток в первичной обмотке трансформатора. Так же возрастет по амплитуде напряжение, снимаемое с датчика фазного тока 3, что приведет к срабатыванию блока защиты 20 и исполнительный орган защиты выключит коммутирующий аппарат и отключит источник постоянного напряжения от питающей сети.

При применении источника постоянного напряжения в системе коррозионного мониторинга для защиты от электрохимической коррозии подземных металлических сооружений он может быть дополнительно оборудован зажимами, контакты которых подключены к соответствующим точкам блоков источника, для подключения к комплексу телемеханики. Это позволит осуществлять с помощью комплекса телемеханики функций телеизмерения параметров источника постоянного напряжения, телесигнализации, телеуправления и телерегулирования. На контактах зажимов с помощью комплекса телемеханики можно будет измерять выходной ток, выходное напряжение, защитный потенциал, потребление электроэнергии (если в источнике установлен счетчик электрической энергии), управлять выходным напряжением (током), контролировать открытое или закрытое состояние двери источника постоянного напряжения, напряжение питающей сети, прерывать выходной ток источника постоянного напряжения, осуществлять другие функции и передавать эту информацию на центральный диспетчерский пункт.

Таким образом, изобретение позволяет повысить точность стабилизации защитного потенциала на подземном металлическом сооружении (выходного напряжения или какого-либо другого параметра) и точность стабилизации выходного тока при регулировании их в диапазоне от 0 до 100%, применить быстродействующую защиту от коротких замыканий и перегрузок, ввести режим токоограничения, позволяющий устанавливать любую величину тока в диапазоне от 0 до 100% и ограничивать максимальный ток источника постоянного напряжения на уровне, не превышающем на 5-10% номинальный выходной ток, применить быстродействующую схему отключения источника постоянного напряжения от питающей сети, ввести фильтры для снижения уровня радиопомех на шинах питания и нагрузки источника постоянного напряжения и защитить источник от перенапряжений.

Формула изобретения

Источник постоянного напряжения, содержащий последовательно соединенные трансформатор и управляемый выпрямитель, сглаживающий фильтр, усилитель сигнала рассогласования и источник опорного напряжения, отличающийся тем, что в него введены блок фильтра радиопомех и защиты от перенапряжений, содержащий индуктивности, ограничители напряжений и конденсаторы, причем индуктивности включены в шины питания источника постоянного напряжения, ограничители напряжения подключены к шинам питания источника постоянного напряжения и корпусу, а конденсаторы включены между шинами питания источника постоянного напряжения, между шинами питания источника постоянного напряжения и корпусом, коммутирующий аппарат, датчик фазного тока, при этом входные силовые цепи коммутирующего аппарата подключены к блоку фильтра радиопомех и защиты от перенапряжений, а выходные силовые цепи подключены к датчику фазного тока, первый выход которого соединен с первичной обмоткой трансформатора, вход сглаживающего фильтра соединен с первым выходом управляемого выпрямителя, а выход соединен с первой шиной нагрузки источника постоянного напряжения, датчик ограничения и стабилизации выходного тока, вход которого соединен с вторым выходом управляемого выпрямителя, а выход соединен с второй шиной нагрузки источника постоянного напряжения, фильтр радиопомех и защиты от перенапряжений, содержащий ограничители напряжений и конденсаторы, в котором ограничители напряжения и конденсаторы включены между шинами нагрузки источника постоянного напряжения, между шиной нагрузки источника постоянного напряжения и корпусом, последовательно соединенные трансформатор питания защиты, выпрямитель и исполнительный орган зашиты, при этом вход трансформатора питания защиты подключен к входным силовым цепям коммутирующего аппарата, а выходные цепи исполнительного органа защиты включены последовательно в цепь питания коммутирующего аппарата, блок активного фильтра, первый вход которого предназначен для подключения сигнала обратной связи, блок управления, содержащий блок защиты, первый вход которого подключен к второму выходу датчика фазного тока, третий вход подключен к второму выходу датчика ограничения и стабилизации выходного тока, а выход подключен к второму входу исполнительного органа защиты, и последовательно соединенные трансформатор питания, блок источников питания, источник опорного напряжения, блок усилителей сигналов рассогласования, который снабжен схемой управления счетчиком времени наработки, инвертирующим усилителем и вторым усилителем сигнала рассогласования, при этом в выходные цепи обоих усилителей сигналов рассогласования включены развязывающие диоды, третьи входы инвертирующего усилителя, первого и второго усилителей сигналов рассогласования соединены с первым входом блока усилителей сигналов рассогласования, вторые входы инвертирующего усилителя, первого и второго усилителей сигналов рассогласования и схемы управления счетчиком времени наработки соединены с вторым входом блока усилителей сигналов рассогласования, первый вход второго усилителя сигнала рассогласования соединен с третьим входом блока усилителей сигналов рассогласования, четвертый вход блока усилителей сигналов рассогласования соединен с первым входом инвертирующего усилителя, выход которого соединен с первыми входами первого усилителя сигнала рассогласования и схемы управления счетчиком времени наработки, третий вход схемы управления счетчиком времени наработки соединен с пятым входом блока усилителей сигналов рассогласования, а выход схемы управления счетчиком времени наработки соединен с третьим выходом блока усилителей сигналов рассогласования, блок формирования импульсов, к первому входу которого подключены выходы обоих усилителей сигналов рассогласования и блок усилителя мощности, выход которого соединен с вторым входом управляемого выпрямителя, а второй вход соединен с вторым выходом блока источников питания и вторыми входами блока активного фильтра, блока защиты, блока формирования импульсов и блока усилителей сигналов рассогласования, при этом третий, четвертый и пятый входы которого подключены к второму выходу датчика ограничения и стабилизации выходного тока, к выходу блока активного фильтра и к второму выходу трансформатора питания, третий и четвертый выходы которого подключены к третьему входу блока формирования импульсов и к третьему входу блока усилителя мощности, а вход соединен с первичной обмоткой трансформатора, и счетчик времени наработки, вход которого соединен с третьим выходом блока усилителей сигналов рассогласования.

РИСУНКИ

Рисунок 1