Устройство защиты инвертора от перегрузки по мощности


 


Владельцы патента RU 2542346:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" (RU)

Изобретение относится к электротехнике и реализует простой и универсальный способ контроля и защиты инвертора от перегрузок как по активной, так и по полной мощности, что обеспечивает безопасность его эксплуатации без ограничения мощностных возможностей инвертора. Технический результат заключается в защите устройства от перегрузки, его малых габаритах и весе, его высокой надежности и удобстве эксплуатации. Для этого заявленное устройство содержит источник постоянного напряжения, инвертор, датчики выходного тока и напряжения, нагрузку, блок контактора с контактами между источником постоянного напряжения и инвертором, дополнительно снабжено двумя аналоговыми перемножителями, двумя выпрямителями, фильтром нижних частот, двумя компараторами, элементом ИЛИ, таймером и элементом запрета. 1 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты однофазного инвертора от перегрузок по мощности при различном характере нагрузок, подключаемых к нему.

Известно большое количество автономных инверторов, входящих в состав независимых энергоустановок и источников бесперебойного питания и преобразующих энергию источников постоянного тока - аккумуляторных батарей, генераторов на топливных элементах, солнечных батарей и т.д. - в энергию переменного тока со стабильными выходными характеристиками - напряжением, частотой, формой. В паспортных данных на инверторы и выполненные на их основе источники бесперебойного питания указываются два допустимых значения выходной мощности: одно значение относится к полной мощности, выраженной в кВА, при заданном значении cos φ (обычно 0,7-0,8), а второе - к активной мощности, выраженной в кВт. Так, например, для инвертора фирмы ELTEC типа UNV-5.0F (http://www.powerexpert.ua/epueltec inv unv psw.html) предельная выходная мощность при подключении нагрузок с cos φ≤0,8 составляет 5,0 кВА, а при чисто активной нагрузке (cos φ=1) допустимая мощность падает до 4,0 кВт. При этом защита инвертора от перегрузки с помощью входного предохранителя не приводит к надежному результату. Если предохранитель выбран под чисто активную нагрузку, то для нагрузок с cos φ, близким к значению 0,8, мощностные возможности инвертора будут недоиспользоваться. И, наоборот, если предохранитель выбран под полную допустимую мощность инвертора, то при подключении чисто активной нагрузки инвертор будет перегружаться, что может привести к его отказу.

Известен инвертор и устройство защиты от токов перегрузки для него (патент GB 2197550, МПК H02M 7/538, 18.05.1988), содержащее источник постоянного напряжения, автономный трехфазный инвертор, нагрузку, датчики выходных токов, блок выделения наибольшего тока, блок оценки тока перегрузки и цепь отключения силовых ключей инвертора.

Недостаток устройства заключается в отсутствии контроля выходной мощности инвертора, которая может превысить допустимый уровень и без достижения выходными токами инвертора предельных значений.

Известно устройство для защиты и контроля мощности активной нагрузки (авторское свидетельство SU 1677766, МПК H02H 5/04, 7/09, 7/085, G05B 11/06, 15.09.1991). Устройство содержит питающую сеть, нагрузку, датчик тока, выпрямитель, узел контроля, индикаторы, узел управления и узел защиты.

Недостатком устройства является то, что оно предназначено для одного конкретного вида нагрузки (двигателя) и не учитывает изменения соотношений между токами и активной мощностью при различных коэффициентах мощности (cos φ) нагрузки.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является оборудование для быстрого определения коротких замыканий в сети переменного тока (патент US 4811154, МПК H02H 3/18, 07.03.1989), содержащее сеть переменного тока, подключенную к потребителям энергии через размыкатель сети, управляемый триггерным блоком (блоком контактора). Перед потребителями в сети установлены датчики тока и напряжения, выходные напряжения которых через согласующие блоки поступают на аналого-цифровые преобразователи, связанные с сигнальным процессором, воздействующим на триггерный блок. Сигнальный процессор осуществляет быстрое преобразование Фурье сигналов датчиков тока и напряжения, определение максимума их кросс-корреляции и вычисление максимума спектра мощности и спектра импеданса, а также сравнение указанных величин с заданными величинами.

Недостаток устройства заключается в ограниченной области применения, обусловленной только защитой от коротких замыканий и не касающейся промежуточных режимов работы энергоустановки. Кроме того, устройство характеризуется большой сложностью и, как следствие, низкой надежностью.

Предлагаемое устройство основано на одновременном контроле как полной, так и активной выходных мощностей, указанных в паспортных данных инвертора, что позволяет, с одной стороны, предотвратить его перегрузку, а с другой - не ограничивать его мощностные возможности при различных видах нагрузки.

На чертеже представлена функциональная схема устройства защиты инвертора от перегрузки по мощности.

Устройство содержит источник 1 постоянного напряжения, например генератор на топливных элементах, подключенный через выключатель 2 и нормально замкнутые контакты 3 контактора 4 к входу инвертора 5, в одной из выходных шин которого установлен датчик 6 тока, а к выходу подсоединены датчик 7 напряжения и через второй выключатель 8 - нагрузка 9, и блок 10 контактора 4. Устройство снабжено двумя аналоговыми перемножителями 11, 12, двумя выпрямителями 13, 14, фильтром 15 нижних частот, двумя компараторами 16, 17, элементом ИЛИ 18, таймером 19 и элементом 20 запрета. Датчики 6, 7 непосредственно и через выпрямители 13, 14 подключены к входам перемножителей 11 и 12, выходы которых соответственно через фильтр 15 и напрямую связаны с входами компараторов 16, 17. Выходы компараторов 16, 17 подсоединены к входам элемента ИЛИ 18, выход которого непосредственно и через таймер 19 связан с прямым и инверсным входами элемента 20, к выходу которого подключен вход блока 10.

Блок 10 содержит ключ на транзисторе 21, вход которого соединен с входом блока 10. В коллекторную цепь транзистора 21 включена обмотка контактора 4. Параллельно транзистору 21 подключены последовательно соединенные вспомогательный разомкнутый контакт 22 контактора 4 и нормально-замкнутая кнопка 23 отключения контактора 4.

Элемент 20 запрета представляет собой элемент 2 И с прямым и инверсным (запретным) входами.

Устройство защиты инвертора от перегрузки по мощности работает следующим образом.

При замыкании выключателя 2 от источника 1 на вход инвертора 5 поступает постоянное напряжение, преобразуемое им в переменное со стабильными электрическими характеристиками. При замыкании выключателя 8 к выходу инвертора 5 подключается нагрузка 9, а на выходах датчиков 7 и 6 появляются напряжение, пропорциональное мгновенному значению напряжения на нагрузке 9 - Umsinωt, и напряжение, пропорциональное мгновенному значению тока, протекающего через нагрузку 9 - Imsin(ωt+φ), где φ - угол сдвига фаз между синусоидами напряжения и тока, определяемый характером нагрузки 9. В перемножителе 11 вычисляется произведение указанных напряжений:

Umsinωt×Imsin(ωt+φ)=UmIm/2cosφ-UmIm/2(2ωt+φ).

Из приведенного выражения следует, что на выходе перемножителя 11 появляются два напряжения. Одно из них постоянное и пропорциональное активной мощности, а второе - переменное, имеющее удвоенную частоту. Фильтр 15 подавляет высокочастотную составляющую и выделяет напряжение, пропорциональное активной мощности.

Одновременно с этим напряжения датчиков 7, 6 через выпрямители 13, 14 подаются на входы перемножителя 12, на выходе которого формируется напряжение, пропорциональное полной выходной мощности инвертора 5. Компараторы 16, 17 контролируют величины активной и полной мощностей инвертора 5. В случае превышения одной из них паспортного значения срабатывает соответствующий компаратор 16 или 17 и на его выходе появляется высокий потенциал, прикладывающийся к входу элемента ИЛИ 18. В результате на выходе элемента ИЛИ 18 также появляется высокий потенциал, запускающий таймер 19 и поступающий на первый вход элемента 20 запрета. На время действия импульса на выходе таймера 19 накладывается запрет на прохождение высокого потенциала с первого входа элемента 20 на его выход. Это позволяет предотвратить срабатывание защиты при кратковременных перегрузках по мощности, возникающих, например, при подключении к инвертору 5 нагрузок с большими пусковыми токами.

По окончании импульса на выходе таймера 19 и при сохранении перегрузки по мощности (высокого потенциала на выходе одного из компараторов 16, 17) на выходе элемента 20 появляется высокий потенциал, под действием которого в блоке 10 открывается транзистор 21 и запитывается обмотка контактора 4. В результате размыкаются основные контакты 3 контактора 4, отключающие вход инвертора 5 от источника 1, и замыкается вспомогательный контакт 22, самоблокирующий обмотку контактора 4. После устранения причины, вызвавшей перегрузку инвертора 5, с помощью кнопки 23 размыкается цепь обмотки контактора 4, снимается ее блокировка, и устройство возвращается в исходное состояние.

При необходимости устройство может быть дооснащено элементами индикации, подключенными к выходам компараторов, указывающими, по какому виду мощности произошла перегрузка инвертора 5, что упрощает отыскание и устранение причины перегрузки.

Таким образом, предлагаемое устройство реализует простой и универсальный способ контроля и защиты инвертора от перегрузок как по активной, так и по полной мощности, что обеспечивает безопасность его эксплуатации без ограничения мощностных возможностей инвертора. Для реализации устройства требуется небольшое количество широко распространенных аналоговых и цифровых микросхем. В качестве аналоговых перемножителей могут быть применены микросхемы КР525ПСЗ, таймера - КР1006ВИ1. Предлагаемое устройство характеризуется низкой стоимостью, малыми габаритами и весом, высокой надежностью и простотой эксплуатации.

Устройство защиты инвертора от перегрузки по мощности, содержащее источник постоянного напряжения, подключенный через выключатель и нормально замкнутые контакты контактора к входу инвертора, в одной из выходных шин которого установлен датчик тока, а к выходу подсоединены датчик напряжения и через второй выключатель - нагрузка, и блок контактора, отличающееся тем, что оно снабжено двумя аналоговыми перемножителями, двумя выпрямителями, фильтром нижних частот, двумя компараторами, элементом ИЛИ, таймером и элементом запрета, причем датчики тока и напряжения непосредственно и через выпрямители подключены к входам первого и второго перемножителей, выходы которых соответственно через фильтр нижних частот и напрямую связаны с входами первого и второго компараторов, выходы которых подсоединены к входам элемента ИЛИ, выход которого непосредственно и через таймер связан с прямым и инверсным входами элемента запрета, к выходу которого подключен вход блока контактора.



 

Похожие патенты:

Предлагаемое изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при создании преобразователей для регулируемых электроприводов постоянного и переменного тока.

Двенадцатипульсный повышающий автотрансформаторный преобразователь напряжения (с коэффициентом трансформации напряжений Ku=1 и нулевой точкой преобразователя) относится к преобразовательной технике и может быть использован при создании преобразователей для регулируемых электроприводов постоянного и переменного тока.

Двенадцатипульсный повышающий автотрансформаторный преобразователь напряжения (с коэффициентом трансформации напряжений Кu=0,5 и нулевой точкой преобразователя) может быть использован при создании преобразователей для регулируемых электроприводов постоянного и переменного тока.

Изобретение относится к электротехнике, конкретно к многопульсным выпрямительным устройствам (ВУ) и автотрансформаторам различного назначения. .

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при создании регулируемых электроприводов постоянного тока, не предъявляющих повышенных требований к быстродействию, а также для питания различных электротехнических установок, не предъявляющих повышенных требований к пульсации выпрямленного напряжения.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при создании регулируемых электроприводов постоянного тока для станков для повышения их быстродействия, а также на преобразовательных подстанциях для питания электрифицированных железных дорог в электрометаллургической и химической отраслях промышленности для уменьшения величины пульсаций выпрямленного напряжения и уменьшения содержания высших гармонических составляющих в кривой переменного тока.

Изобретение относится к устройству для выработки постоянного напряжения из переменного напряжения с параллельно включенными диодными мостами, преимущественно, для энергопитания железных дорог.

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может найти применение для питания потребителей постоянного тока с повышенными требованиями к качеству выпрямленного напряжения.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в импульсном сварочном источнике питания. Техническим результатом является обеспечение быстрого реагирования на быстро происходящие события в сварочной дуге, возникающие с интервалами времени менее 1 мс.

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к нерегулируемым преобразователям постоянного напряжения в переменное. Технический результат заключается в снижении потери мощности на транзисторах мостового автогенераторного преобразователя напряжения и повышение его надежности за счет того, что в мостовом автогенераторном преобразователе напряжения используется вторичная обмотка трансформатора для построения источника насыщения транзисторов.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано на электроподвижном составе переменного тока. Технический результат - увеличение угла задержки импульсов до 18 эл.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в прямых преобразователях. Технический результат - уменьшение нежелательных флуктуаций энергии на фазовых модулях.

Изобретение относится к преобразовательной технике, широко применяемой, например, в солнечной энергетике. Технический результат заявляемого решения - улучшение массогабаритных показателей и расширение функциональных возможностей достигается за счет обеспечения работы на трехфазную нагрузку и совместной работы с трехфазной сетью путем выполнения многоуровневого повышающего трехфазного преобразователя, содержащего общий источник постоянного напряжения, например в виде солнечной батареи, однофазный мостовой автономный инвертор, к выходу которого подключен дополнительно введенный трехфазный преобразователь частоты ячейкового типа, состоящий из высокочастотного повышающего однофазного многообмоточного трансформатора, однофазных выпрямительно-инверторных ячеек, соединенных с вторичными обмотками трансформатора, системы управления, датчиков тока, напряжения и задатчика выходного напряжения промышленной частоты.

Изобретение относится к области электротехники. Компоновка для подачи электрической энергии на нагрузку через фильтрующую шину содержит, по меньшей мере, два преобразователя источника напряжения, каждый из которых подключен параллельно к фильтрующей шине через катушку индуктивности и сконфигурирован с возможностью совместной работы на нагрузку.

Изобретение относится к области электротехники. Многофазной электрической машиной (30) управляют при помощи, по меньшей мере, двух параллельных многофазных инверторов (101, 102), при этом каждый инвертор содержит ветви (101a, 101b, 101c; 102a, 102b, 102c) в количестве, равном числу фаз электрической машины, и инверторами управляют посредством широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и является DC/DC-преобразователем с трансформаторной связью между источником питания и нагрузкой. Технический результат заключается в повышении эффективности и надежности заявленного устройства.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к сварочному оборудованию, в частности к управлению сварочными инверторами. Технический результат заключается в снижении дисперсии силового тока и снижении обрыва дуги и технологических коротких замыканий.

Изобретение относится к трехфазному источнику бесперебойного питания. Технический результат заключается в осуществлении заявленного изобретения без использования ступенчатого изменения в работе двух преобразователей электроэнергии так, чтобы на нагрузку могла подаваться стандартная трехфазная электроэнергия.

Изобретение относится к технике диагностирования маслонаполненного оборудования. Технический результат состоит в расширении диапазона измеряемых величин и повышении точности измерения.
Наверх