Устройство контроля работы однофазного инвертора



Устройство контроля работы однофазного инвертора
Устройство контроля работы однофазного инвертора
Устройство контроля работы однофазного инвертора
Устройство контроля работы однофазного инвертора

 


Владельцы патента RU 2555187:

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

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для контроля работы однофазного инвертора, работающего на разнообразные виды нагрузок с широким диапазоном изменения коэффициента мощности. Устройство содержит источник постоянного тока, инвертор, датчики напряжения и тока, нагрузку, два аналоговых перемножителя с фильтрами нижних частот. Дополнительно устройство снабжено фазовращателем на 90 градусов, цепью из последовательно соединенных фильтра верхних частот, выпрямителя и фильтра нижних частот, двумя аналоговыми делителями, блоками индикации значений cos φ и sin φ, пороговым блоком, блоком определения полярности sin φ, блоком вычисления модуля векторной суммы, двухпороговым компаратором и блоками индикации характера нагрузки, перегрузки по реактивной мощности и неисправности устройства контроля. Введение дополнительных элементов позволило обеспечить всесторонний и наглядный контроль работы инвертора, повысить достоверность информации о подключенной к инвертору нагрузке, своевременно предупредить обслуживающий персонал о перегрузке инвертора. Устройство снабжено цепями самоконтроля, повышающими его надежность. Оно характеризуется малыми аппаратными затратами, незначительными габаритами и весом. 1 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для контроля работы однофазных инверторов, широко используемых в источниках бесперебойного питания и автономных энергоустановках, питающихся от аккумуляторных батарей, генераторов на топливных элементах, солнечных панелей и работающих на разнообразные виды нагрузок от чисто активных (нагревательные элементы, освещение) до нагрузок с малыми коэффициентами мощности.

Известно, что для подавляющего числа инверторов в паспортных данных указываются ограничения по коэффициенту мощности. Так, например, для инвертора фирмы ELTEC типа UNV-5.0F h(ttp://www.powerexpert.ua/epu eltec inv unv psw.html) предельным значением коэффициента мощности являются cos φ=0,5. При этом реактивная мощность превышает активную на 73%, а работа инвертора находится под угрозой срыва. Недостаток известного инвертора заключается в отсутствии контроля за величиной коэффициента мощности, определения характера нагрузки - активно-индуктивной или активно-емкостной, а также проверки правильности вычисления коэффициента мощности.

Известен способ и устройство определения коэффициента мощности (патент RU 2038603, МПК G01R 21/00, 27.06.1995). Устройство содержит фазосдвигающие блоки, аналого-цифровые преобразователи, мультиплексор, вычислительный блок и блок управления. Недостатком устройства является весьма сложный алгоритм вычисления коэффициента мощности, требующий больших аппаратных затрат. Кроме того, устройство не определяет характер нагрузки и не обеспечивает самоконтроль исправности.

Известно устройство измерения коэффициента мощности (Справочник по нелинейным схемам. Под ред. Д. Шейнголда, с. 126-129. М., Мир, 1977), содержащее аналоговый умножитель, фильтры нижних и верхних частот, выпрямитель с фильтром и аналоговый делитель. Недостаток устройства заключается в отсутствии контроля предельного значения cos φ и определения знака sin φ, характеризующего характер нагрузки, а также цепей самоконтроля исправности устройства в целом.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для автоматического регулирования реактивной мощности (патент RU 2169978, МПК H02J 3/18, B60L 9/12, G05F 1/70, 27.06.2001), содержащее источник однофазного переменного напряжения, нагрузку, трансформаторы тока и напряжения, четыре аналоговых перемножителя, три интегратора, устройство вычисления квадратного корня, блок сравнения, блок импульсно-фазового управления и компенсатор реактивной мощности. Недостатком устройства также является невозможность контроля величины коэффициента мощности, определения характера нагрузки и отсутствие оперативной проверки произведенных устройством вычислительных операций.

Предлагаемое устройство основано на одновременном вычислении величин cos φ и sin φ с учетом знака последнего, полностью характеризующих подключенную к выходу инвертора нагрузку. Устройство обеспечивает также срабатывание сигнализации при достижении cos φ предельно допустимого значения (в частности, 0,5), определение характера нагрузки (индуктивная или емкостная) и самопроверку, выполненных устройством операций.

На чертеже представлена функциональная схема устройства контроля работы однофазного инвертора.

Устройство содержит источник 1 постоянного напряжения, подключенный к входу инвертора 2, с выходом которого связаны датчик 3 напряжения, датчик 4 тока и нагрузка 5 и два аналоговых перемножителя 6, 7 с фильтрами 8, 9 нижних частот на выходе. Выход датчика 4 соединен с первыми входами перемножителей 6, 7, а выход датчика 3 - со вторым входом перемножителя 6. Устройство снабжено фазовращателем 10 на 90 градусов, цепью из последовательно соединенных фильтра 11 верхних частот, выпрямителя 12 и фильтра 13 нижних частот, двумя аналоговыми делителями 14, 15, блоками 16, 17 индикации значений cos φ и sin φ, пороговым блоком 18, блоком 19 определения полярности sin φ, блоком 20 вычисления модуля векторной суммы, двухпороговым компаратором 21 и блоками 22, 23, 24 индикации характера нагрузки, перегрузки по реактивной мощности и неисправности устройства контроля. Фазовращатель 10 включен между выходом датчика 3 и вторым входом перемножителя 7. Выходы фильтров 8, 9 подсоединены к первым входам делителей 14, 15, со вторыми входами которых через цепь из последовательно соединенных фильтра 11, выпрямителя 12 и фильтра 13 связан выход перемножителя 6. Выходы делителей 14, 15 соединены соответственно с блоками 16, 18, первым входом блока 20 и с блоками 17, 19, вторым входом блока 20. Выход блока 20 через компаратор 21 подключен к блоку 24, а выходы блоков 18 и 19 подсоединены к блокам 23 и 22. Блоки 22, 23, 24 индикации могут быть выполнены на транзисторных ключах 25, 26, 27, 28, в коллекторные цепи которых включены светодиоды 29, 30, 31, 32.

Устройство контроля работы однофазного инвертора работает следующим образом.

При включении инвертора 2 постоянное напряжение от источника 1 преобразуется им в переменное, запитывающее нагрузку 5. На выходах датчиков 3 и 4 появляются напряжения, пропорциональные мгновенным значениям напряжения - Umsinωt и тока - Imsin(ωt±φ) нагрузки 5. Знак перед углом φ определяется характером нагрузки - для активно-емкостной нагрузки он положительный «+», для активно-индуктивной - отрицательный «-». Перемножитель 6 вычисляет произведение указанных напряжений:

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

Из приведенного выражения следует, что на выходе перемножителя 6 появляются два напряжения. Одно из них - постоянное и пропорционально активной мощности, а второе - переменное, имеющее удвоенную частоту и амплитуду, пропорциональную полной мощности. Фильтр 8 подавляет высокочастотную составляющую и выделяет напряжение, пропорциональное активной мощности - UmIm/2×cosφ. Фильтр 11 подавляет низкочастотную и выделяет высокочастотную составляющую. Выпрямитель 12 и фильтр 13 преобразуют высокочастотную составляющую в постоянное напряжение, пропорциональное полной мощности - UmIm/2. Делитель 14 вычисляет отношение указанных напряжений, равное коэффициенту мощности установки - cosφ:

Одновременно с этим на перемножитель 7 поступают напряжения с датчика 4 и через фазовращатель 10 на 90 градусов - от датчика 3. Перемножитель 7 вычисляет произведение поступающих на него напряжений:

Umsin(ωt+90°)×Imsin(ωt±φ)=±UmIm/2×sinφ-UmIm/2×cos(2ωt+90°+φ).

Из приведенного выражения следует, что на выходе перемножителя появляются два напряжения. Одно из них - постоянное и пропорционально реактивной мощности, а второе - переменное с удвоенной частотой выходного напряжения инвертора 2. Полярность постоянного напряжения определяется характером нагрузки: при емкостном характере полярность - положительная, а при индуктивном - отрицательная. Фильтр 9 подавляет высокочастотную и выделяет низкочастотную составляющую, пропорциональную реактивной мощности.

Делитель 15 вычисляет отношение напряжений, поступающих на него выходов фильтров 9 и 13, равное ±sinφ:

В результате на выходах делителей 14 и 15 появляются напряжения, пропорциональные cos φ и sin φ. Связанные с выходами делителей 14, 15 блоки 16, 17 отображают их значения. Блок 18 контролирует величину cos φ и при ее уменьшении до предельного значения на выходе блока 18 появляется высокий потенциал, открывающий ключ 27 в блоке 23. При этом загорается светодиод 31, сигнализирующий о перегрузке инвертора 2 по реактивной мощности. Подключенный к выходу делителя 15 блок 19 реагирует на изменение полярности sin φ. Так, при переходе от отрицательной полярности к положительной на выходе блока 19 появляется перепад напряжения, открывающий в блоке 22 ключ 26 и зажигающий светодиод 30, сигнализирующий о емкостном характере нагрузки 5. А при переходе от положительной полярности к отрицательной в блоке 22 открывается ключ 25 и зажигается светодиод 29, сигнализирующий об индуктивном характере нагрузки 5. Выходы делителей 14, 15 подключены также к входам блока 20, производящего вычисление модуля векторной суммы по формуле:

.

При исправном устройстве контроля и при любых сочетаниях значений cos φ и sin φ их модуль векторной суммы должен оставаться постоянной и неизменной величиной. Компаратор 21 осуществляет сравнение модуля векторной суммы с этой величиной и при отклонении их друг от друга на заданную величину (например, ±5%) открывает в блоке 24 ключ 28, зажигающий светодиод 32, который сигнализирует о неисправности устройства контроля работы однофазного инвертора 2.

При необходимости к выходу блока 18, кроме блока 23, может быть подключено исполнительное устройство, отключающее инвертор 2 при достижении коэффициентом мощности неудовлетворительных значений (<0,5).

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает всесторонний контроль работы однофазного инвертора, отображая значения коэффициента мощности - cos φ и sin φ, определяет характер нагрузки, сигнализирует о выходе коэффициента мощности за допустимые пределы и обеспечивает самоконтроль устройства в целом.

Устройство может быть реализовано на широко распространенных аналоговых микросхемах и характеризуется низкой стоимостью, малыми габаритами и весом, высокой надежностью и простотой эксплуатации.

Устройство контроля работы однофазного инвертора, содержащее источник постоянного напряжения, подключенный к входу инвертора, с выходом которого связаны датчик напряжения, датчик тока и нагрузка, два аналоговых перемножителя с фильтрами нижних частот на выходе, причем выход датчика тока соединен с первыми входами перемножителей, а выход датчика напряжения - со вторым входом первого перемножителя, отличающееся тем, что оно снабжено фазовращателем на 90 градусов, цепью из последовательно соединенных фильтра верхних частот, выпрямителя и фильтра нижних частот, двумя аналоговыми делителями, блоками индикации значений cos φ и sin φ, пороговым блоком, блоком определения полярности sin φ, блоком вычисления модуля векторной суммы, двухпороговым компаратором и блоками индикации характера нагрузки, перегрузки по реактивной мощности и неисправности устройства контроля, причем фазовращатель включен между выходом датчика напряжения и вторым входом второго перемножителя, выходы фильтров нижних частот перемножителей подсоединены к первым входам соответствующих делителей, со вторыми входами которых через цепь из последовательно соединенных фильтра верхних частот, выпрямителя и фильтра нижних частот связан выход первого перемножителя, выходы делителей соединены соответственно с блоком индикации значения cos φ, пороговым блоком, первым входом блока вычисления модуля векторной суммы и с блоком индикации значения sin φ, блоком определения полярности, вторым входом блока вычисления модуля векторной суммы, выход которого через двухпороговый компаратор подключен к блоку индикации неисправности устройства контроля, а выходы порогового блока и блока определения полярности sin φ подсоединены к блоку индикации перегрузки по реактивной мощности и к блоку индикации характера нагрузки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к метрологии, в частности к приборостроению. Устройство контроля работы трехфазного инвертора содержит источник постоянного напряжения, подключенный к входу инвертора, с выходами которого связаны две пары датчиков линейных напряжений и линейных токов и нагрузка, два аналоговых перемножителя, входы которых соединены с датчиками соответствующих линейных напряжений и токов, а выходы через фильтры нижних частот связаны с входами одного из двух сумматоров.

Группа изобретений относится к метрологии. Установка измерения экранного затухания содержит измерительную экранированную камеру, генератор и приемник.

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики и может быть использовано для измерения потерь на корону в трехфазной линии электропередачи (ЛЭП) высокого и сверхвысокого напряжения.

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к технике измерения составляющих мощности в трехфазных трехпроводных сетях переменного тока. .

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение в системах коммунального хозяйства. .

Изобретение относится к области приборостроения и может быть применено для контроля полезной мощности электропривода. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения мгновенных значений индуктивности намагничивания однофазного трансформатора в рабочем режиме или в режиме холостого хода.

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение для определения мгновенных значений индуктивности намагничивания однофазного трансформатора в рабочем режиме или в режиме холостого хода.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в процессах определения количественного вклада каждого энергообъекта, подключенного к узлу энергосистемы, в изменение качества электроэнергии.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для определения магнитных потерь в магнитопроводе однофазного трансформатора в рабочем режиме.

Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике, а именно к способам оценки качества электроэнергии. Способ может быть использован в системах электроснабжения промышленных предприятий с неизменной нагрузкой для определения источника нелинейных искажений как со стороны питающей сети, так и со стороны нелинейной нагрузки самого предприятия. Способ выявления источника высших гармоник заключается в определении местоположения источника искажения в электрической сети переменного тока, которая содержит искажающие нагрузки, источник сетевого напряжения синусоидальной формы, питающую линию с конечной величиной внутреннего активного и реактивного сопротивления и подключенными в параллель потребителями электроэнергии, часть которых относится к категории искажающих нагрузок с несинусоидальной формой тока на сетевом входе. При этом для анализа источника высших гармоник в контрольной точке сети параллельно нагрузке подключают фильтр, настроенный в последовательный резонанс на частоту исследуемой гармоники. Далее снимают зависимость тока исследуемой гармоники системы IS от активного сопротивления фильтра RФ, по анализу зависимости тока системы на высшей гармонике от активного сопротивления фильтра определяют местонахождение источника нелинейных искажений. Технический результат заключается в упрощении выявления источника высших гармоник, возможности применения без перерыва в электроснабжении, а также в использовании на действующих объектах с установленными фильтрокомпенсирующими устройствами. 2 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения мощности радиосигнала в тракте, демодуляции сигнала, измерений амплитуды напряжения переменного тока, в частности к области измерений мощности сигнала путем измерений напряжения. Одновременно осуществляется измерение мощности сигнала PΣ, являющейся суммарной мощностью его квадратурных составляющих, а также демодуляции сигнала. В процессе демодуляции происходит измерение амплитуд огибающих демодулированных сигналов квадратурных составляющих UI(p-p) и UQ(p-p), затем при последующей дополнительной обработке результатов демодуляции производится компенсация паразитного набега фазы сигнала путем расчета обратной матрицы поворота. На заключительном этапе, в процессе решения системы уравнений производится расчет мощностей квадратурных составляющих PI и PQ. Технический результат заключается в возможности определения мощности квадратурных составляющих радиосигнала отдельно друг от друга. 1 табл.

Изобретение относится к электроизмерениям и может быть использовано при контроле качества электроэнергии в энергосистемах. Способ включает выделение анормальных составляющих токов нагрузок i1a, i2a, определение собственных долевых участий в изменении качества результирующего тока для ветвей с источниками токов нагрузки, также определение взаимного долевого участия в изменении качества электрической энергии в узле от взаимодействия пар ветвей с источниками токов нагрузок, затем определение результирующего изменения качества электрической энергии в узле в соответствии с формулой. При этом собственные долевые участия в изменении качества результирующего тока узла от ветвей с источниками токов нагрузки определяют путем усреднения за период квадратов анормальных составляющих этих токов. Определение взаимного долевого участия в изменении качества результирующего тока в узле от взаимодействия пар ветвей с источниками токов нагрузки делают путем усреднения за тот же период произведения анормальных составляющих токов нагрузок. Определение результирующего изменения качества результирующего тока в узле делают в соответствии со следующей формулой , где i1a, i2a - анормальные составляющие в токах ветвей нагрузок, CУ (i1a), CУ(i2a) - соответственно собственные долевые участия ветвей с источниками токов нагрузок, ВУ(i1a,i2a) - взаимное долевое участие двух ветвей нагрузок. Технический результат заключается в возможности более точно определить дополнительные потери активной мощности в сети, а значит и повысить точность определения КПД энергосистемы. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх