Устройство ограничения тока намагничивания трансформатора двухтактного преобразователя напряжения



Устройство ограничения тока намагничивания трансформатора двухтактного преобразователя напряжения

 


Владельцы патента RU 2522174:

Открытое акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс" (RU)

Изобретение относится к области устройств для преобразования постоянного тока в постоянный, а именно к системам управления такими системами и может быть использовано в двухтактных преобразователях напряжения для ограничения тока намагничивания трансформатора.

Технический результат - ограничение тока намагничивания на минимально допустимом уровне во всем диапазоне питающего напряжения. Сущность изобретения заключается в следующем. Датчики тока вырабатывают сигналы, пропорциональные протекающим через первичную и вторичную обмотки токам. Блок вычисления тока намагничивания формирует сигнал, пропорциональный току намагничивания, равному разности тока первичной обмотки и приведенного тока вторичной обмотки. Датчик входного напряжения вырабатывает сигнал, пропорциональный питающему напряжению преобразователя. Полученный сигнал используется как опорный, определяя уровень ограничения тока намагничивания. Блок сравнения формирует логическую «1», если ток намагничивания больше опорного сигнала, и логический «0», если ток намагничивания меньше. Блок сравнения, широтно-импульсный модулятор, триггеры и логические элементы И формируют сигналы управления двухтактным преобразователем напряжения. 1ил.

 

Изобретение относится к области устройств для преобразования постоянного тока в постоянный, а именно к системам управления такими системами, и может быть использовано в двухтактных статических преобразователях для ограничения тока намагничивания силового трансформатора.

Известен способ ограничения одностороннего насыщения трансформатора импульсного преобразователя напряжения [1], заключающийся в том, что выявляют сигнал, пропорциональный току намагничивания трансформатора, сравнивают его с заданным сигналом, пропорциональным допустимому току намагничивания, и формируют управляющий сигнал, корректирующий режим перемагничивания трансформатора. Выявление сигнала, пропорционального току намагничивания трансформатора, осуществляют путем измерения тока в короткозамкнутом витке, охватывающем часть магнитопровода трансформатора.

Недостатком способа является его нетехнологичность, т.к. достаточно сложно сделать отверстие в магнитопроводе, и, если используется хрупкий ферритовый сердечник, то даже удачно проделанное отверстие ослабляет сердечник и может впоследствии привести к его расколу. Кроме этого при отщеплении части магнитопровода уменьшается его полезное сечение, следовательно, увеличиваются размеры и стоимость трансформатора, при прочих равных условиях.

Известен способ защиты от одностороннего насыщения трансформатора преобразователя напряжения [2], заключающийся в предотвращении одностороннего насыщения силового трансформатора инвертора-преобразователя напряжения при возникновении условий работы, приводящих к асимметрии тока и напряжения, а также упрощении конструкций.

Недостатком способа является отсутствие полной информации о токе намагничивания трансформатора, что может привести к его насыщению.

Наиболее близким по технической сущности устройством, выбранным в качестве прототипа, является устройство, описанное в [3]. Симметрирование обеспечивается путем измерения тока намагничивания, измеряемого путем вычитания из тока первичной обмотки приведенного тока вторичной обмотки. При нормальной работе, когда сердечник трансформатора ненасыщен, ток намагничивания незначителен, а при насыщении сердечника становится существенным, и при превышении опорного напряжения система симметрирования отключает проводящие силовые транзисторы.

Недостатком устройства является отсутствие зависимости величины опорного напряжения от питающего, от которого существенно зависит величина тока намагничивания, в результате чего приходится завышать величину опорного напряжения, что вызовет увеличение тока намагничивания.

Целью предлагаемого изобретения является ограничение тока намагничивания на минимально допустимом уровне во всем диапазоне питающего напряжения, тем самым повышение надежности импульсного преобразователя за счет слежения за изменением питающего напряжения.

Поставленная цель решается за счет того, что в устройстве ограничения тока намагничивания трансформатора импульсного преобразователя напряжения, как и в прототипе, содержатся датчик тока первичной обмотки трансформатора и датчик тока вторичной обмотки, подключенные к блоку вычисления тока намагничивания, выход которого подключен к связанному с опорным сигналом блоку сравнения, выход которого подключен к двум триггерам, вторые входы которых связаны с широтно-импульсным модулятором, связанным с логическими элементами И, ко вторым входам которых подключен выход блока сравнения. Выходы логических элементов И подключены к двухтактному преобразователю напряжения. В отличие от прототипа к входу блока сравнения в качестве опорного сигнала подключен датчик входного напряжения, позволяющий изменять опорный сигнал для блока сравнения в зависимости от величины питающего напряжения импульсного преобразователя.

Сущность изобретения заключается в следующем. Датчики тока, находящиеся в первичной и вторичной обмотках силового трансформатора импульсного преобразователя напряжения, вырабатывают сигналы, пропорциональные протекающим через обмотки токам. Блок вычисления тока намагничивания формирует сигнал, пропорциональный току намагничивания, равному разности тока первичной обмотки и приведенного тока вторичной обмотки. Датчик входного напряжения вырабатывает сигнал, пропорциональный питающему напряжению преобразователя. Полученный сигнал используется как опорный, определяя уровень ограничения тока намагничивания трансформатора в зависимости от величины питающего напряжения. Блок сравнения формирует логическую «1», если ток намагничивания становится больше опорного сигнала, и логический «0», если ток намагничивания меньше опорного. Блок сравнения совместно с широтно-импульсным модулятором подключен к двум триггерам и двум логическим элементам И и формирует сигналы управления двухтактным преобразователем напряжения.

На фигуре приведена структурная схема устройства ограничения тока намагничивания трансформатора импульсного преобразователя напряжения.

Устройство ограничения тока намагничивания трансформатора импульсного преобразователя напряжения содержит датчик тока первичной обмотки 3 (ДТ1) и датчик тока вторичной обмотки 4 (ДТ2) трансформатора 2 (Тр), подключенные к блоку вычисления тока намагничивания 5 (БВТН). Выход блока вычисления тока намагничивания 5 и датчик входного напряжения 6 (ДВхН) соединены с блоком сравнения 8 (БС). Выход блока сравнения 8 подключен к триггерам 9 и 10 (Т), ко вторым входам триггеров 9 и 10 подключены выходы широтно-импульсного модулятора 7 (ШИМ). Выходы триггеров 9 и 10 совместно с выходами широтно-импульсного модулятора 7 подключены ко входам логических элементов И 11 и 12 (&) соответственно, выходы которых подключены к двухтактному преобразователю напряжения 1 (ДПН).

Блок вычисления тока намагничивания 5, широтно-импульсный модулятор 7, блок сравнения 8, триггеры 9, 10, логические элементы И 11, 12 могут быть алгоритмически реализованы на основе стандартного микроконтроллера для цифровой обработки сигналов, например серии TMS320x24x (производства Texas Instruments). В качестве датчиков тока 2, 3 могут быть использованы датчики тока LT100-S/SP97 (производства LEM). В качестве датчика напряжения 6 может быть использован датчик напряжения LV100/SP84 (производства LEM).

Устройство работает следующим образом:

Датчики тока 3 и 4 формируют сигналы, пропорциональные токам первичной (W1) и вторичной (W2) обмоткам трансформатора 2 соответственно. Сигналы поступают в блок вычисления тока намагничивания 5. Ток намагничивания равен разности тока первичной обмотки трансформатора 2 и приведенного тока вторичной обмотки, или

Iн=I1-n·I2,

где I1 - ток первичной обмотки;

I2 - ток вторичной обмотки;

n - коэффициент трансформации, равный

n = W 2 W 1 ,

где W1 - количество витков первичной обмотки;

W2 - количество витков вторичной обмотки.

Сигнал, пропорциональный току намагничивания, поступает на блок сравнения 8, куда также поступает сигнал с датчика входного напряжения 4, пропорциональный питающему напряжению. Сигнал с датчика используется как опорный в блоке сравнения 8, определяющий максимально допустимое значение тока намагничивания. Таким образом, датчик входного напряжения позволяет изменять допустимую величину тока, а не устанавливать ее постоянной для всего диапазона изменения питающего напряжения.

На выходе блока сравнения 8 формируется логическая «1», если ток намагничивания становиться больше допустимого уровня, и логический «0», если меньше. Блок сравнения 8 связан с триггерами 9 и 10. Триггеры формируют логический «0» по переднему фронту сигнала с выхода блока сравнения 8.

Широтно-импульсный модулятор 7 связан с триггерами 9 и 10 и вырабатывает сигналы управления для двухтактного преобразователя напряжения, по передним фронтам которых формируется логическая «1» на выходах триггера 9 и 10. Широтно-импульсный модулятор 7 и триггеры 9 и 10 подключены к логическим элементам И 11 и 12, формируя управляющие импульсы для двухтактного преобразователя напряжения 1, не позволяя трансформатору 2 войти в режим одностороннего насыщения.

Таким образом, реализуется ограничение тока намагничивания трансформатора преобразователя во всем диапазоне изменения питающего напряжения и, тем самым повышение надежности импульсного преобразователя за счет слежения за изменением входного напряжения.

Литература

1. Патент РФ на изобретение №2035833, МПК Н02К 7/538 - «Способ ограничения одностороннего насыщения трансформатора импульсного преобразователя напряжения», автор Фомин И.В.

2. Патент РФ на изобретение №2273087, МПК Н02К 7/538 - «Способ защиты от одностороннего насыщения трансформатора преобразователя напряжения», автор Грунин С.Ф.

3. Шевцов Д.А., Манбеков Д.Р. Компенсационные методы симметрирования // Практическая силовая электроника, №(24). 2006.

Устройство ограничения тока намагничивания трансформатора двухтактного преобразователя напряжения, содержащее датчик тока первичной обмотки трансформатора и датчик тока вторичной обмотки, подключенные к блоку вычисления тока намагничивания, выход которого подключен к связанному с опорным сигналом блоку сравнения, выход которого подключен к двум триггерам, вторые входы которых связаны с широтно-импульсным модулятором, выходы которого связаны с логическими элементами И, ко вторым входам которых подключен выход блока сравнения, выходы логических элементов подключены к двухтактному преобразователю напряжения, отличающееся тем, что к входу блока сравнения в качестве опорного сигнала подключен датчик входного напряжения.



 

Похожие патенты:

Устройство относится к электротехнике, в частности к устройствам для преобразования переменного тока в постоянный, и, наоборот, постоянного тока в переменный с использованием полупроводниковых приборов - транзисторов и диодов - в мостовой схеме.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления реактивной мощностью в системах питания таких устройств, как землеройные машины различного типа, используемые для добычи полезных ископаемых.

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может использоваться в системах управления тиристорными выпрямителями, выполненными по трехфазной нулевой или мостовой схемах.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в приводах и высоковольтной технике. Техническим результатом является повышение надежности за счет исключения полного отказа установки, использующей вентильный преобразователь.

Изобретение относится к области электроники и представляет собой устройство управляемого преобразования постоянного тока в постоянный. Технический результат изобретения заключается в достижении низкого уровня шумов и помех выходного напряжения при компактном размере устройства.

Изобретение относится к области электротехники, к управлению преобразователем, связанным, по меньшей мере, с одним из источников бесперебойного питания. Техническим результатом является устранение искажений из сигнала управления, улучшение работы преобразователя, снижение гармонических искажений и субгармонических колебаний из сигнала управления.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах управления тиристорами в преобразователях различной мощности. .

Изобретение относится к соединителям для инверторов. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в схеме управления коэффициентом мощности и к универсальному сетевому источнику электропитания.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в повышающих преобразователях. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в преобразователях, входящих в состав системы энергообеспечения электронной, электромеханической и осветительной аппаратуры. Техническим результатом является повышение эффективности преобразования энергии и точности работы однофазного безмостового корректора коэффициента мощности. В способе управления корректором коэффициента мощности во время интервала положительной полуволны питающего напряжения сети первый силовой ключ поддерживается во включенном состоянии, а на второй силовой ключ поступают импульсы управления. Во время интервала отрицательной полуволны питающего напряжения сети второй силовой ключ поддерживается во включенном состоянии, а на первый силовой ключ поступают импульсы управления, при этом входное напряжение измеряется системой управления, основанной на цифровом сигнальном процессоре с помощью двух однополупериодных выпрямителей с идентичными коэффициентами деления. 2 ил.
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при распознавании загрязнения и/или образования росы на компонентах преобразователя частоты переменного тока с промежуточным контуром напряжения. Техническим результатом являетcя возможность распознавать степень загрязнения и/или образования росы, за счет чего может быть предотвращен пробой с его последствиями. В способе распознавания загрязнения и/или образования росы, по меньшей мере, во время процесса предварительного заряда конденсатора промежуточного контура, имеющего, по меньшей мере, один конденсатор, преобразователя частоты переменного тока с промежуточным контуром напряжения определяется временная характеристика импульсного тока частичного разряда, причем из этого импульса тока вычисляется частотный спектр и в зависимости от результата активируется предупреждение о загрязнении и/или предупреждение об образовании росы. 4 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области электротехники. Способ обнаружения сбоя в импульсном источнике (1) электричества, содержащем управляющий каскад (2), выполненный с возможностью передачи, в ответ на сигнал установки, управляющего сигнала, модулированного с заданным значением (α) коэффициента заполнения, на силовой каскад (3), выполненный с возможностью передачи электричества на нагрузку (100), при этом способ содержит этапы, на которых определяют по меньшей мере одно номинальное значение (αmin, αmax) продолжительности включения при нормальном функционировании, и по меньшей мере один порог (αsc, αoc) сбоя в качестве функции от номинального значения; определяют по меньшей мере одно моментальное значение (α) коэффициента заполнения сигнала, выданного управляющим каскадом (2); и сравнивают моментальное значение с пороговым значением сбоя. Схема обнаружения, реализующая указанный способ. Технический результат - обеспечение простого средства для обнаружения и идентификации сбоев. 2 н., 4 з., пп. ф-лы, 2ил.

Изобретение относится в способу разрядки промежуточного конденсатора (Czk) двухзвенного вентильного преобразователя (2) напряжения, в котором расположенный на стороне сети преобразователь (4) электроэнергии имеет выключаемые силовые полупроводниковые приборы (А1, …, А6) и предназначен для соединения с питающей сетью переменного тока с помощью перемыкаемой с помощью сетевого контактора (NS) последовательной схемы предварительного зарядного контактора (VS) и предварительного зарядного сопротивления (RV), трансформатора (Т) и главного выключателя (HS). Согласно изобретению главный выключатель (HS) и сетевой контактор (NS) размыкаются, при этом замыкается предварительный зарядный контактор (VS) и при этом включаются два диагонально противоположных выключаемых силовых полупроводниковых прибора (А1, А4; А2, А3) сетевого преобразователя (4) электроэнергии. Таким образом, получается способ разрядки промежуточного конденсатора (Czk) двухзвенного вентильного преобразователя (2) напряжения, в котором достигается технический результат - отсутствие необходимости в дополнительных конструктивных элементах. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электротехники. Повышающий преобразователь напряжения содержит входную цепь с дросселем в одной из ветвей, два силовых ключа, два диода, пусковой ключ с шунтирующим его резистором и два последовательно включенных выходных конденсатора. С целью повышения надежности полупроводниковых элементов и недопущения насыщения сердечника после подачи входного напряжения запуск производится в четыре этапа. Несимметричный режим работы преобразователя устраняется введением в схему двух вспомогательных ключей, управляемых двумя вспомогательными драйверами и двумя операционными усилителями (ОУ). Последовательно с каждым из вспомогательных ключей включен резистор, а каждый из ОУ содержит последовательные цепи, состоящие из диода и резистора, обеспечивая гистерезис отключения и включения вспомогательных ключей. Технический результат - повышение надёжности. 5 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для защиты тиристорного преобразователя. Техническим результатом является улучшение защитных функций и обеспечение диагностики трехфазного выпрямителя с последовательным включением тиристоров. Способ защиты и диагностики последовательно соединенных тиристоров заключается в том, что в качестве защитного воздействия прекращают подачу управляющих импульсов, осуществляют контроль за состоянием тиристоров по обратному напряжению и рабочей температуре охладителей вентилей. В способе контролируют исправность линий связи с системой импульсно-фазового управления по обратному отклику, производят измерение распределения обратного напряжения в каждом такте работы вентильных групп. При превышении предельно допустимой температуры вентилей или снижении номинального значения распределения обратного напряжения, или обрыве связи с системой импульсно-фазового управления производят защитное воздействие путем снятия импульсов со всех тиристорных групп и отключением преобразователя от сети или только снятием управляющих импульсов. С помощью анализа измеренных распределений обратного напряжения и рабочей температуре на тиристоре предупреждают об аварийном отказе тиристора из-за деградации его характеристик. Также описано устройство защиты и диагностики последовательно соединенных тиристоров. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в источниках вторичного электропитания с бестрансформаторным входом, используемых в устройствах питания силовой электроники. Техническим результатом является повышение коэффициента полезного действия, надежности и долговечности преобразователя. Корректор коэффициента мощности содержит входной выпрямитель, выходной конденсатор, диод, схему заряда выходного конденсатора, вход которой соединен с выходами входного выпрямителя, а выход - с выходным конденсатором. Входной выпрямитель, диод и выходной конденсатор образуют замкнутый контур цепи. Диод включен между входным выпрямителем и выходным конденсатором встречно по отношению к полярности входного выпрямителя, а выход корректора подключен параллельно входному выпрямителю. В рабочем режиме напряжение на выходном конденсаторе меньше пикового напряжения входного выпрямителя. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в преобразователях электрической энергии. Техническим результатом является обеспечение защиты от перегрузки электрических аппаратов, потребляющих мощность, превышающую номинальную мощность преобразователя электрической энергии. Способ эксплуатации преобразователя (3), предназначенного для подачи электрической мощности на нагрузку (2), включает этапы: управление преобразователем (3) в течение предусмотренного времени перегрузки так, чтобы мощность перегрузки подавалась на нагрузку (2); управление преобразователем в течение предусмотренного времени покоя так, чтобы мощность покоя подавалась на нагрузку (2), причем мощность перегрузки является более высокой, чем номинальная мощность, которая соответствует предельной величине мощности преобразователя (3) при работе в установившемся режиме, а мощность покоя является более низкой, чем номинальная мощность. 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к устройствам для заряда аккумуляторных батарей. Технический результат - повышение эффективности преобразования мощности. Зарядное устройство для аккумулятора, на котором смонтированы компоненты преобразования мощности для преобразования мощности сети энергоснабжения в мощность постоянного тока, в котором компоненты преобразования мощности включают в себя прерыватель мощности для включения/выключения входной мощности переменного тока, схему преобразования мощности для преобразования входной мощности переменного тока в предварительно определенную мощность переменного тока, схему преобразования напряжения для преобразования предварительно определенной мощности переменного тока к предварительно определенному напряжению и схему выпрямителя для преобразования мощности переменного тока, преобразованной к предварительно определенному напряжению, содержит центральную раму, на которой смонтированы компоненты преобразования мощности, внешние кожухи, присоединенные к центральной раме таким образом, чтобы покрывать центральную раму, при этом прерыватель мощности, схема преобразования мощности, схема выпрямителя и схема преобразования напряжения смонтированы в таком порядке на центральной раме. 3 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам для преобразования переменного тока в постоянный, и наоборот. Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для подключения управляемого выпрямителя напряжения к источнику напряжения переменного тока, содержащем токоограничивающие цепи, по одной на каждый входной зажим выпрямителя, каждая из которых соединяет входной зажим указанного устройства, подключенный к одному из входных зажимов упомянутого источника напряжения, с входным зажимом указанного устройства, подключенным к одному из входных зажимов управляемого выпрямителя напряжения, причем каждая токоограничивающая цепь содержит дополнительный токоограничивающий элемент, а также первый и второй выключатели, при этом первые выключатели включены между входными зажимами устройства и первыми зажимами дополнительных токоограничивающих элементов, вторые зажимы которых подключены к выходным зажимам устройства, а вторые выключатели включены между первыми и вторыми зажимами дополнительных токоограничивающих элементов, в качестве этих элементов применены токоограничивающие реакторы. Изобретение позволяет в десятки раз снизить потери мощности и энергии при предварительном заряде выходного конденсатора управляемого выпрямителя напряжения, а также снизить время предварительного заряда указанного конденсатора. 4 ил.
Наверх