Способ обнаружения отказа в импульсном источнике тока и соответствующий источник электропитания



Способ обнаружения отказа в импульсном источнике тока и соответствующий источник электропитания
Способ обнаружения отказа в импульсном источнике тока и соответствующий источник электропитания

 


Владельцы патента RU 2527480:

САЖЕМ ДЕФАНС СЕКЮРИТЕ (FR)

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.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу обнаружения сбоя в импульсном источнике электричества и соответствующему источнику электричества.

Изобретение может быть применено для различных типов устройств и, в частности, в задающих устройствах для управления приводами моментных электродвигателей или соленоидов, для регулировки ротационных машин, в импульсных блоках электропитания и т.д.

Уровень техники

Вышеприведенные устройства обычно используют источник электричества, в котором управление реализовано посредством широтно-импульсной модуляции (PWM).

Источник электричества имеет управляющий каскад и силовой каскад. Управляющий каскад принимает сигнал установки и подает на силовой каскад управляющий сигнал, модулированный с заданным коэффициента заполнения. Силовой каскад соединен с нагрузкой, на которую подают электричество в соответствии с управляющим сигналом. Для этих целей силовой каскад может содержать, например, по меньшей мере, один полевой транзистор, управляемый управляющим сигналом.

Для некоторых случаев применения, в которых последствия сбоя устройства управления могут считаться критичными, основной задачей является обнаружение сбоев и, предпочтительно, компонентов, вызвавших сбой.

Известно, что сбой можно обнаружить измерением напряжения и тока в горячей точке на выходе силового каскада и измерением напряжения и тока в холодной точке на выходе силового каскада. Это позволяет обнаружить короткое замыкание в нагрузке (измеренные токи равны току установки и напряжение равно нулю), обрыв цепи в нагрузке (измеренные токи равны нулю, в то время как напряжение не равно нулю) и сбой в источнике электричества (измеренные токи и напряжение равны нулю даже когда сигнал установки не соответствует нулевому току). Данный подход требует относительно сложной логической схемы для обнаружения сбоя, то есть является относительно затратным для реализации.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является обеспечение простого средства для обнаружения и идентификации сбоев, когда на нагрузку подают питание от импульсного источника электричества.

С этой целью в настоящем изобретении предложен способ обнаружения сбоя для импульсного источника электричества, имеющего управляющий каскад, реагирующий на сигнал установки и подающий управляющий сигнал, модулированный с коэффициентом заполнения, на силовой каскад, подающий электричество на нагрузку. Данный способ содержит этапы, на которых:

- определяют по меньшей мере одно номинальное значение коэффициента заполнения при нормальном функционировании и по меньшей мере один порог сбоя как функции от номинального значения;

- определяют по меньшей мере одно моментальное значение коэффициента заполнения сигнала, выданного управляющим каскадом; и

- сравнивают моментальное значение с пороговым значением сбоя. Сбой обнаруживают посредством использования коэффициента заполнения, который является величиной, представляющей собой электроэнергию, подаваемую на нагрузку источником электричества. Сравнивая моментальное значение коэффициента заполнения с пороговым значением, определенным относительно номинального значения коэффициента заполнения (либо измеренным заранее в условиях нормального функционирования, либо вычисленным или спрогнозированным на основе моделирования), можно обнаружить наличие короткого замыкания или обрыв цепи в нагрузке.

Предпочтительно, диапазон номинальных значений является определенным. Предпочтительно, чтобы функционирование нагрузки было связано с вызываемыми изменениями в токе.

Предпочтительно, способ включает в себя этап измерения тока, выводимого силовым каскадом, и проверку того, что:

- там, где это предусмотрено, ток является нулевым;

- сигнал установки соответствует нулевому току. Обнаружение значения тока позволяет идентифицировать неисправную работу в самом источнике электричества.

В настоящем изобретении также предложен импульсный источник электричества, содержащий управляющий каскад, силовой каскад и модуль обнаружения сбоя, выполненный с возможностью реализации способа по настоящему изобретению.

Краткое описание чертежей

Другие особенности и преимущества настоящего изобретения будут понятны после прочтения нижеследующего описания конкретных вариантов осуществления, которые, однако, не ограничивают настоящее изобретение.

Ссылки даны на сопроводительные чертежи, в которых:

фиг.1 является блок-схемой источника электричества согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения; и

фиг.2 является видом, аналогичным показанному на фиг.1, и отображает источник электричества согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

Осуществление изобретения

В соответствии с показанными на фигурах изображениями изобретение относится к импульсному источнику электричества, соединенному с нагрузкой 100 для подачи на нее электроэнергии. Нагрузкой 100 может быть, в частности, роторная машина или привод моментного электродвигателя или соленоида.

Источник электричества, в целом обозначенный ссылочной позицией 1, содержит управляющий каскад 2, силовой каскад 3 и модуль 4 обнаружения сбоя, соединенный с ответвлением 5 для измерения тока между силовым каскадом 3 и нагрузкой 100.

Управляющий каскад 2 выполнен так, что он подает на силовой каскад 3 управляющий сигнал, модулированный с коэффициентом заполнения, заданным как функция от сигнала установки.

Силовой каскад 3 содержит, известным образом, транзисторы, каждый из которых имеет управляющий вход, принимающий управляющий сигнал, для переключения транзисторов между их состояниями ВКЛ/ВЫКЛ, как функцию от коэффициента заполнения. Ток, протекающий через транзисторы, подают на нагрузку 100.

В варианте осуществления, показанном на фиг.1, управляющий каскад 2 имеет цифровой тип и включает в себя блок 6 для вычисления коэффициента заполнения, и данный блок соединен с блоком 4 обнаружения сбоя для передачи на него моментального значения коэффициента заполнения.

В варианте осуществления, показанном на фиг.2, управляющий каскад 2 является контролирующим устройством аналогового типа, и модуль 4 обнаружения соединен с элементом 7 для обнаружения управляющего сигнала, выводимого управляющим каскадом 2, и для измерения коэффициента заполнения.

В обоих вариантах осуществления модуль 4 обнаружения выполнен с возможностью реализации способа обнаружения сбоя.

Данный способ содержит этапы, на которых:

- определяют по меньшей мере одно номинальное значение коэффициента заполнения при нормальной работе нагрузки 100 и по меньшей мере один порог сбоя в качестве функции от номинального значения;

- определяют по меньшей мере одно моментальное значение α коэффициента заполнения модулированного сигнала, полученного от управляющего каскада 2; и

- сравнивают моментальное значение с порогом сбоя.

Более конкретно, диапазон номинальных значений является определенным, а именно минимальное значение αmin и максимальное значение αmax соответствуют минимальному току и максимальному току, получаемому нагрузкой 100 при нормальном функционировании. Минимальные и максимальные значения αmin и αmax могут быть определены теоретически, посредством вычислений или эмпирически проведением измерений тогда, когда нагрузка работает в контролируемых условиях для гарантии того, что она функционирует нормально. На основе этих значений определяют два порога сбоя: порог αос обнаружения обрыва цепи, который больше максимального значения αmax, и порог αsc обнаружения короткого замыкания, который меньше минимального значения αmin. Величину, на которую пороги αос и αsc соответственно больше максимального значения αmax и меньше минимального значения αmin, определяют так, чтобы избежать ложного обнаружения сбоя как результата случайного или непродолжительного изменения тока во время нормального функционирования нагрузки 100, например, в результате перехода между двумя состояниями нагрузки. Порог αос обрыва в цепи может быть, например, на 20% больше максимального значения αmax, и порог αsc короткого замыкания может быть, например, на 20% меньше минимального значения αmin.

Способ также включает в себя этап измерения тока I в горячей точке (Ih) и/или холодной точке (Iс) на выходе силового каскада 3 через ответвление 5 и проверку того, что:

- где это предусмотрено, ток является нулевым;

- сигнал установки соответствует нулевому току.

Данный этап служит для обнаружения сбоев в источнике электричества.

В нижеприведенной таблице обобщены различные случаи сбоев.

Идентифицируемые сбои Условия обнаружения сбоя
Измеренный Ih Измеренный Iс α Установка
Короткое замыкание в нагрузке sc
Обрыв цепи в нагрузке oc
Сбой в задающем устройстве =0 -0 -0 ≠0

Очевидно, что настоящее изобретение не ограничено вышеописанными вариантами осуществления и охватывает любые варианты, попадающие под объем изобретения, описанный в формуле изобретения.

В частности, источник электричества может иметь структуру, отличающуюся от описанной, если такая структура позволяет реализовать способ согласно настоящему изобретению.

Также можно обнаруживать множество моментальных значений для коэффициента заполнения, например, в течение заданного периода.

1. Способ обнаружения сбоя в импульсном источнике (1) электропитания, содержащем управляющий каскад (2), выполненный с возможностью передачи в ответ на сигнал установки управляющего сигнала, модулированного с заданным коэффициентом (α) заполнения, на силовой каскад (3), выполненный с возможностью подачи электропитания к нагрузке (100), при этом способ содержит этапы, на которых:
определяют по меньшей мере одно номинальное значение (αmin, αmax) коэффициента заполнения при нормальном функционировании и по меньшей мере одно пороговое значение (αsc, αoc) сбоя, в зависимости от номинального значения;
определяют по меньшей мере одно моментальное значение (α) коэффициента заполнения сигнала, выданного управляющим каскадом; и
сравнивают моментальное значение с пороговым значением сбоя, при этом
измеряют ток, выводимый силовым каскадом, и проверяют:
равен ли ток (Ih) нулю и, в случае необходимости, соответствует ли сигнал установки нулевому току.

2. Способ по п.1, в котором диапазон номинальных значений (αmin, αmax) определен.

3. Импульсный источник (1) электропитания, содержащий управляющий каскад (2), силовой каскад (3) и блок (4) обнаружения сбоя, выполненный с возможностью выполнения способа по п.1.

4. Источник по п.3, в котором блок (4) обнаружения сбоя соединен с ответвлением (5) для измерения тока между силовым каскадом (3) и нагрузкой (100).

5. Источник по п.3, в котором управляющий каскад (2) является цифровым и содержит блок (6) вычисления коэффициента заполнения, причем указанный блок соединен с блоком (4) обнаружения сбоя для предоставления ему моментального значения коэффициента заполнения.

6. Источник по п.3, в котором управляющий каскад (2) является аналоговым, а блок (4) обнаружения сбоя соединен с элементом (7) обнаружения управляющего сигнала и измерения коэффициента заполнения.



 

Похожие патенты:
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.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в преобразователях, входящих в состав системы энергообеспечения электронной, электромеханической и осветительной аппаратуры.

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.

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 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