ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ФИЛЬТРАМИ ИМПУЛЬСНО-КОММУТАЦИОННЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ И ВСТРОЕННЫМ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОМ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ФИЛЬТРАМИ ИМПУЛЬСНО-КОММУТАЦИОННЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ И ВСТРОЕННЫМ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОМ


RU (11) 2283523 (13) C1

(51) МПК
H02J 7/34 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 20.11.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2005125255/09 
(22) Дата подачи заявки: 2005.08.09 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2005.08.09 
(45) Опубликовано: 2006.09.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 44894 U1, 27.03.2005. RU 2072617 C1, 27.01.1997. RU 2095928 C1, 10.11.1997. SU 1272421 A1, 23.11.1986. GB 1389657 A, 03.04.1975. 
(72) Автор(ы): Давыдов Владимир Николаевич (RU); Темирев Алексей Петрович (RU); Никифоров Борис Владимирович (RU); Федоров Андрей Евгеньевич (RU); Киселев Василий Иванович (RU); Юдин Андрей Николаевич (RU); Цветков Алексей Александрович (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральное конструкторское бюро морской техники "РУБИН" (RU); Федеральное государственное унитарное предприятие "Производственно-конструкторское предприятие "ИРИС" (RU) 
Адрес для переписки: 346410, Ростовская обл., г. Новочеркасск, п/о 10, а/я 23, ул. Дубовского, 15, Филиал ФГУП "ПКП "ИРИС", главному конструктору-директору А.П. Темиреву 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ФИЛЬТРАМИ ИМПУЛЬСНО-КОММУТАЦИОННЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ И ВСТРОЕННЫМ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОМ

Использование: для бесперебойного электропитания ответственных потребителей различных объектов промышленного и военного назначения. Технический результат заключается в повышении устойчивости преобразователя к воздействию импульсно-коммутационных помех, проникающих из питающей сети, защите оборудования преобразователя от коротких замыканий в нагрузке и в расширении функциональных возможностей. Преобразователь содержит фильтры импульсно-коммутационных перенапряжений основной и резервной сети, датчики тока основного и резервного канала, компараторы основного и резервного канала, схемы блокировки сигнала управления инвертором основного и резервного канала, часы реального времени системы управления инвертором основного и резервного канала, память энергонезависимую системы управления инвертором основного и резервного канала, резервированное электропитание встроенной микроконтроллерной системы управления инвертором основного и резервного каналов и оригинальные алгоритмы (контроль уровня напряжения основной и резервной сети, определение нахождения уровня напряжения основной и резервной сети в допустимом интервале значений напряжений, стабилизация напряжения на нагрузке при нахождении уровня напряжения основной и резервной сети в допустимом интервале значений напряжений), реализованные в микроконтроллере системы управления инвертором основного и резервного канала. 3 з.п. ф-лы, 3 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к области электротехники, в частности к преобразователям постоянного напряжения с гальванической развязкой цепей и может быть использовано для бесперебойного (гарантированного) электропитания ответственных потребителей различных (подвижных и стационарных) объектов промышленного и военного назначения.

Известен преобразователь (агрегат бесперебойного питания) напряжения постоянного тока питающей сети в напряжение постоянного тока, необходимое для бесперебойного электропитания ответственных потребителей, состоящий из основного канала преобразования напряжения, содержащего инвертор, трансформатор и выпрямитель, подключаемый к нагрузке, и резервного канала, содержащего аккумуляторную батарею или аналогичный канал преобразования напряжения, включаемые в работу при выходе из строя основного канала посредством переключателей (Электропитание. Научно-технический сборник. М.: Ассоциация разработчиков, изготовителей и потребителей средств электропитания. Выпуск 4, 2002. - стр.29-35.).

Недостатком данного агрегата бесперебойного питания является то, что время необходимое на переключение с основного на резервное питание значительно больше, чем допустимый перерыв в электропитании для ответственных потребителей.

Наиболее близким по исполнению аналогом, принятым в качестве прототипа предлагаемого изобретения, является преобразователь постоянного напряжения (Патент РФ на полезную модель №44894 «Преобразователь постоянного напряжения», МПК 7 Н 02 J 7/34).

Преобразователь постоянного напряжения состоит из основного и резервного канала, при этом основной канал содержит инвертор основного канала, питающийся от основной сети и подключенный к первичной обмотке трансформатора, вторичная обмотка которого подключена к нагрузке через выпрямитель, а резервный канал содержит инвертор резервного канала, питающийся от резервной сети и подключенный к дополнительной первичной обмотке трансформатора, первый контрольный выход нагрузки подключен к входу системы управления инвертором основного канала, второй контрольный выход нагрузки подключен к входу системы управления инвертором резервного канала.

Недостатками преобразователя по прототипу является следующее.

Так как основное силовое оборудование преобразователя: инвертор основного канала и инвертор резервного канала подключены к питающей сети напрямую, оно подвергается воздействию высоковольтных перенапряжении (например, связанных с коммутационными перенапряжениями) и, в связи с этим, может выходить из строя. Так как система управления инвертором основного канала получает электропитание от напряжения, поступающего на нагрузку, или от напряжения основной сети (для системы управления инвертором резервного канала - от напряжения, поступающего на нагрузку, или от напряжения резервной сети), то, в случае потери питающего напряжения в основной сети (для системы управления инвертором резервного канала - в резервной сети), может произойти полное или кратковременное обесточивание системы управления инвертором основного канала (или системы управления инвертором резервного канала). То есть, потеря напряжения только в одной из питающих сетей может привести к потере электропитания потребителя, что при сохранении напряжения в другой сети является для отдельных потребителей абсолютно недопустимым. Кроме этого, в преобразователе отсутствует возможность, после восстановления напряжения в основной питающей сети автоматически перейти на электропитание от нее, «отключившись» от резервной сети. Отсутствие защиты от коротких замыканий в нагрузке или кабелях подключающих нагрузку к преобразователю может привести к выходу из строя основного или резервного канала. Наличие двух систем управления индивидуально для основного и резервного каналов, выполняющих аналогичные функции, создают некоторую аппаратную избыточность преобразователя и, в общем случае, уменьшают показатели его безотказности.

Задачей изобретения является повышение устойчивости преобразователя к воздействию импульсно-коммутационных помех, проникающих из питающей сети, защита основного или резервного канала силового оборудования преобразователя (фильтр - инвертор - трансформатор-выпрямитель) от коротких замыканий в нагрузке и расширение функциональных возможностей преобразователя для обеспечения максимальной бесперебойности его работы.

Поставленная задача решается тем, что в преобразователь напряжения постоянного тока, состоящий из основного и резервного канала, при этом основной канал содержит инвертор основного канала, питающийся от основной сети и подключенный к первичной обмотке трансформатора, вторичная обмотка которого подключена к нагрузке через выпрямитель, а резервный канал содержит инвертор резервного канала, питающийся от резервной сети и подключенный к дополнительной первичной обмотке трансформатора, контрольный выход нагрузки подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя с микроконтроллером системы управления инвертором основного и резервного канала, первый выход блока драйверов силовых ключей основного канала системы управления инвертором основного и резервного канала подключен к входу инвертора основного канала, первый выход блока драйверов силовых ключей резервного канала системы управления инвертором основного и резервного канала подключен к входу инвертора резервного канала, введены фильтр импульсно-коммутационных перенапряжений основной сети, фильтр импульсно-коммутационных перенапряжений резервной сети, датчик тока основного канала, датчик тока резервного канала, компаратор основного канала, компаратор резервного канала, схема блокировки сигнала управления инвертором основного канала, схема блокировки сигнала управления инвертором резервного канала, часы реального времени системы управления инвертором основного и резервного канала, память энергонезависимая системы управления инвертором основного и резервного канала, блок питания от основной сети, блок питания от резервной сети, схема развязки цепей питания, причем фильтр импульсно-коммутационных перенапряжений основной сети включен между основной сетью и инвертором основного канала, фильтр импульсно-коммутационных перенапряжений резервной сети включен между резервной сетью и инвертором резервного канала, датчик тока основного канала включен между инвертором основного канала и первичной обмоткой трансформатора, датчик тока резервного канала включен между инвертором резервного канала и дополнительной первичной обмоткой трансформатора; выход датчик тока основного канала подключен к входу компаратора основного канала, первый выход компаратора основного канала подключен к первому входу схемы блокировки сигнала управления инвертором основного канала, второй вход схемы блокировки сигнала управления инвертором основного канала подключен к выходу блока драйверов силовых ключей основного канала системы управления инвертором основного и резервного канала, второй выход компаратора основного канала подключен к первому входу блока драйверов силовых ключей основного канала системы управления инвертором основного и резервного канала; выход датчик тока резервного канала подключен к входу компаратора резервного канала, первый выход компаратора резервного канала подключен к первому входу схемы блокировки сигнала управления инвертором резервного канала системы управления инвертором основного и резервного канала, второй вход схемы блокировки сигнала управления инвертором резервного канала подключен к первому выходу блока драйверов силовых ключей резервного канала системы управления инвертором основного и резервного канала, второй выход компаратора резервного канала подключен к первому входу блока драйверов силовых ключей резервного канала системы управления инвертором основного и резервного канала; второй и третий входы аналого-цифрового преобразователя системы управления инвертором основного и резервного канала подключены соответственно к выходу инвертора основного канала и к выходу инвертора резервного канала; первый и второй выходы микроконтроллера системы управления инвертором основного и резервного канала подключены соответственно ко второму входу блока драйверов силовых ключей основного канала системы управления инвертором основного и резервного канала и ко второму входу блока драйверов силовых ключей резервного канала системы управления инвертором основного и резервного канала, к первому входу микроконтроллера системы управления инвертором основного и резервного канала подключен второй выход блока драйверов силовых ключей основного канала системы управления инвертором основного и резервного канала, к второму входу - выход аналого-цифрового преобразователя системы управления инвертором основного и резервного канала, к третьему входу - часы реального времени, к четвертому входу - второй выход блок драйверов силовых ключей резервного канала системы управления инвертором основного и резервного канала, к пятому входу - память энергонезависимая системы управления инвертором основного и резервного канала; вход блока питания от основной сети подключен к выходу фильтра импульсно-коммутационных перенапряжений основной сети, первый выход блока питания от основной сети подключен к входу питания фильтра импульсно-коммутационных перенапряжений основной сети, второй выход блока питания от основной сети подключен к первому входу схемы развязки цепей питания, вход блока питания от резервной сети подключен к выходу фильтра импульсно-коммутационных перенапряжений резервной сети, первый выход блока питания от резервной сети подключен к входу питания фильтра импульсно-коммутационных перенапряжений резервной сети, второй выход блока питания от резервной сети подключен ко второму входу схемы развязки цепей питания; выход схемы развязки цепей питания подключен к входам питания компаратора основного канала, компаратора резервного канала, блока драйверов силовых ключей основного канала системы управления инвертором основного и резервного канала, блока драйверов силовых ключей резервного канала системы управления инвертором основного и резервного канала, аналого-цифровой преобразователя системы управления инвертором основного и резервного канала, микроконтроллера системы управления инвертором основного и резервного канала.

Кроме этого в преобразователе напряжения постоянного тока с фильтрами импульсно-коммутационных перенапряжений и встроенным микроконтроллером, микроконтроллер системы управления инвертором основного и резервного канала выполнен с возможностью контроля уровня напряжения основной и резервной сети, определения нахождения уровня напряжения основной и резервной сети в допустимом интервале значений напряжений, отключения и включения инверторов основного и резервного канала, стабилизации напряжения на нагрузке при нахождении уровня напряжения основной или резервной сети в допустимом интервале значений напряжений.

Кроме этого в преобразователе напряжения постоянного тока с фильтрами импульсно-коммутационных перенапряжений и встроенным микроконтроллером, фильтр импульсно-коммутационных перенапряжений основной сети содержит последовательно соединенные входную индуктивно-емкостную цепочку, узел активного подавления импульсно-коммутационных перенапряжений, состоящий из параллельно включенных биполярного транзистора с изолированным затвором и резистора и выходного электролитического конденсатора, а также схемы управления биполярным транзистором с изолированным затвором, состоящей из последовательно соединенных компаратора и блока драйверов биполярного транзистора и изолированным затвором, к первому входу компаратора подключено входное сетевое напряжение фильтра импульсно-коммутационных перенапряжений, а ко второму входу - опорное напряжение от делителя напряжения из двух резисторов, подключенных к внешнему блоку питания от основной сети.

Кроме этого в преобразователе напряжения постоянного тока с фильтрами импульсно-коммутационных перенапряжений и встроенным микроконтроллером, фильтр импульсно-коммутационных перенапряжений резервной сети содержит последовательно соединенные входную индуктивно-емкостную цепочку, узел активного подавления импульсно-коммутационных перенапряжений, состоящий из параллельно включенных биполярного транзистора с изолированным затвором и резистора и выходного электролитического конденсатора, а также схемы управления биполярным транзистором с изолированным затвором, состоящей из последовательно соединенных компаратора и блока драйверов биполярного транзистора и изолированным затвором, к первому входу компаратора подключено входное сетевое напряжение фильтра импульсно-коммутационных перенапряжений, а ко второму входу - опорное напряжение от делителя напряжения из двух резисторов, подключенных к внешнему блоку питания от резервной сети.

Сущность изобретения состоит в том, что предлагаемый преобразователь напряжения постоянного тока с фильтрами импульсно-коммутационных перенапряжений и встроенным микроконтроллером имеет более широкие функциональные возможности и повышенную бесперебойность работы за счет применения фильтров импульсно-коммутационных перенапряжений основной и резервной сети, датчиков тока основного и резервного канала, компараторов основного и резервного канала, схем блокировки сигнала управления инвертором основного и резервного канала, часов реального времени системы управления инвертором основного и резервного канала, памяти энергонезависимая системы управления инвертором основного и резервного канала, резервированного электропитания встроенной микроконтроллерной системы управления инвертором основного и резервного каналов и оригинальных алгоритмов (контроль уровня напряжения основной и резервной сети, определение нахождения уровня напряжения основной и резервной сети в допустимом интервале значений напряжений, стабилизация напряжения на нагрузке при нахождении уровня напряжения основной и резервной сети в допустимом интервале значений напряжений), реализованных в микроконтроллере системы управления инвертором основного и резервного канала.

На фиг.1 представлена структурная схема преобразователя напряжения постоянного тока с фильтрами импульсно-коммутационных перенапряжений и встроенным микроконтроллером.

На фиг.2 представлена блок-схема алгоритмов, реализованных в микроконтроллере управления инвертором основного и резервного канала.

На фиг.3 представлена структурная схема фильтра импульсно-коммутационных перенапряжений.

Согласно фиг.1 преобразователь напряжения постоянного тока включает основной и резервный каналы, при этом основной канал содержит инвертор основного канала 5, питающийся от основной сети 1 и подключенный к первичной обмотке трансформатора 10, вторичная обмотка 12 которого подключена к нагрузке 14 через выпрямитель 13, а резервный канал содержит инвертор резервного канала 6, питающийся от резервной сети 2 и подключенный к дополнительной первичной обмотке трансформатора 11, контрольный выход нагрузки 14 подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя 21 с микроконтроллером 23 системы управления инвертором основного и резервного канала, первый выход блока драйверов силовых ключей основного канала 19 системы управления инвертором основного и резервного канала подключен к входу инвертора основного канала 5, первый выход блока драйверов силовых ключей резервного канала 20 системы управления инвертором основного и резервного канала подключен к входу инвертора резервного канала 6, фильтр импульсно-коммутационных перенапряжений основной сети 3 включен между основной сетью 1 и инвертором основного канала 5, фильтр импульсно-коммутационных перенапряжений резервной сети 4 включен между резервной сетью 2 и инвертором резервного канала 6, датчик тока основного канала 7 включен между инвертором основного канала 5 и первичной обмоткой трансформатора 10, датчик тока резервного канала 8 включен между инвертором резервного канала 6 и дополнительной первичной обмоткой трансформатора 11, выход датчика тока основного канала 7 подключен к входу компаратора основного канала 15, первый выход компаратора основного канала 15 подключен к первому входу схемы блокировки сигнала управления инвертором основного канала 17, второй вход схемы блокировки сигнала управления инвертором основного канала 17 подключен к выходу блока драйверов силовых ключей основного канала 19 системы управления инвертором основного и резервного канала, второй выход компаратора основного канала 15 подключен к первому входу блока драйверов силовых ключей основного канала 19 системы управления инвертором основного и резервного канала, выход датчик тока резервного канала 8 подключен к входу компаратора резервного канала 16, первый выход компаратора резервного канала 16 подключен к первому входу схемы блокировки сигнала управления инвертором резервного канала 18 системы управления инвертором основного и резервного канала, второй вход схемы блокировки сигнала управления инвертором резервного канала 18 подключен к первому выходу блока драйверов силовых ключей резервного канала 20 системы управления инвертором основного и резервного канала, второй выход компаратора резервного канала 16 подключен к первому входу блока драйверов силовых ключей резервного канала 20 системы управления инвертором основного и резервного канала, второй и третий входы аналого-цифрового преобразователя 21 системы управления инвертором основного и резервного канала подключены соответственно к выходу инвертора основного канала 5 и к выходу инвертора резервного канала 6, первый и второй выходы микроконтроллера 23 системы управления инвертором основного и резервного канала подключены соответственно к второму входу блока драйверов силовых ключей основного канала 19 системы управления инвертором основного и резервного канала и к второму входу блока драйверов силовых ключей резервного канала 20 системы управления инвертором основного и резервного канала, к первому входу 28 микроконтроллера 23 системы управления инвертором основного и резервного канала подключен второй выход блока драйверов силовых ключей основного канала 19 системы управления инвертором основного и резервного канала, ко второму входу - выход аналого-цифрового преобразователя 21 системы управления инвертором основного и резервного канала, к третьему входу - часы реального времени 22, к четвертому входу 29 - второй выход блок драйверов силовых ключей резервного канала 20 системы управления инвертором основного и резервного канала, к пятому входу - память энергонезависимая 24 системы управления инвертором основного и резервного канала, вход блока питания от основной сети 25 подключен к выходу фильтра импульсно-коммутационных перенапряжений основной сети 5, первый выход блока питания от основной сети 25 подключен к входу питания фильтра импульсно-коммутационных перенапряжений основной сети 3, второй выход блока питания от основной сети 25 подключен к первому входу схемы развязки цепей питания 27, вход блока питания от резервной сети 26 подключен к выходу фильтра импульсно-коммутационных перенапряжений резервной сети 4, первый выход блока питания от резервной сети 26 подключен к входу питания фильтра импульсно-коммутационных перенапряжений резервной сети 4, второй выход блока питания от резервной сети 26 подключен к второму входу схемы развязки цепей питания 27, выход схемы развязки цепей питания 27 подключен к входам питания компаратора основного канала 15, компаратора резервного канала 16, блока драйверов силовых ключей основного канала 19 системы управления инвертором основного и резервного канала, блока драйверов силовых ключей резервного канала 20 системы управления инвертором основного и резервного канала, аналого-цифрового преобразователя 21 системы управления инвертором основного и резервного канала, микроконтроллера 23 системы управления инвертором основного и резервного канала.

На фиг.2 блок-схемы алгоритмов, реализованных в микроконтроллере управления инвертором основного и резервного канала, приняты следующие обозначения:

30 - Начало цикла алгоритма работы системы управления инвертором основного и резервного канала;

31 - Опрос напряжения основной сети;

32 - Проверка условия нахождения уровня напряжения основной сети в допустимом интервале значений напряжений Uc1min Uc1 Uc1max,

где Uc1 - напряжение основной сети;

Uc1min - минимально допустимое напряжение основной сети;

Uc1max - максимально допустимое напряжение основной сети;

33 - Отключение инвертора резервного канала;

34 - Включение инвертора основного канала;

35 - Формирование управляющих воздействий на инвертор основного канала для стабилизации на нагрузке выходных параметров преобразователя;

36 - Опрос напряжения на нагрузке;

37 - Проверка условия нахождения уровня напряжения на нагрузке в допустимом интервале значений напряжений Uн min Uн Uн max,

где Uн - напряжение на нагрузке;

Uн min - минимально допустимое напряжение на нагрузке;

Uн max - максимально допустимое напряжение на нагрузке;

38 - Проверка условия нахождения выходных параметров преобразователя (напряжения на нагрузке) в первом (грубом) интервале регулирования Up1min Uн Up1 max,

где Uн - напряжение на нагрузке;

Up1min - минимальное напряжение на нагрузке в первом (грубом) интервале регулирования;

Up1max - максимальное напряжение на нагрузке в первом (грубом) интервале регулирования;

39 - Проверка условия нахождения выходных параметров преобразователя (напряжения на нагрузке) во втором (точном) интервале регулирования

U p2min Uн Up2max,

где Uн - напряжение на нагрузке;

Up2min - минимальное напряжение на нагрузке во втором (точном) интервале регулирования;

Up2max - максимальное напряжение на нагрузке во втором (точном) интервале регулирования;

40 - Конец цикла алгоритма работы системы управления инвертором основного и резервного канала;

41 - Фиксация события «Авария основной сети»;

42 - Опрос напряжения резервной сети;

43 - Проверка условия нахождения уровня напряжения резервной сети в допустимом интервале значений напряжений Uc2min Uc2<Uc2max,

где Uc2 - напряжение основной сети;

U c2min - минимально допустимое напряжение резервной сети;

Uc2max - максимально допустимое напряжение резервной сети;

44 - Отключение инвертора основного канала;

45 - Включение инвертора резервного канала;

46 - Формирование управляющих воздействий на инвертор резервного канала для стабилизации на нагрузке выходных параметров преобразователя;

47 - Опрос напряжения на нагрузке;

48 - Проверка условия нахождения уровня напряжения на нагрузке в допустимом интервале значений напряжений Uнmin Uн Uнmax,

где Uн - напряжение на нагрузке;

Uнmin - минимально допустимое напряжение на нагрузке;

Uнmax - максимально допустимое напряжение на нагрузке;

49 - Проверка условия нахождения выходных параметров преобразователя (напряжения на нагрузке) в первом (грубом) интервале регулирования Up1min Uн Up1max,

где Uн - напряжение на нагрузке;

Up1min - минимальное напряжение на нагрузке в первом (грубом) интервале регулирования;

Up1max - максимальное напряжение на нагрузке в первом (грубом) интервале регулирования;

50 - Проверка условия нахождения выходных параметров преобразователя (напряжения на нагрузке) во втором (точном) интервале регулирования

U p2min Uн Up2max,

где Uн - напряжение на нагрузке;

Up2min - минимальное напряжение на нагрузке во втором (точном) интервале регулирования;

Up2max - максимальное напряжение на нагрузке во втором (точном) интервале регулирования;

51 - Проверка условия нахождения уровня напряжения резервной сети в допустимом интервале значений напряжений в течение определенного периода времени

t T1,

где t - текущее время;

T 1 - определенное значение времени (константа), характеризующее систему энергоснабжения объекта;

52 - Фиксация события «Авария резервной сети».

Согласно фиг.3 фильтр импульсно-коммутационных перенапряжений основной сети 3 (фиг.1) и фильтр импульсно-коммутационных перенапряжении резервной сети 4 (фиг.1) содержит последовательно соединенные входную индуктивно-емкостную цепочку 53-54, узел активного подавления импульсно-коммутационных перенапряжений, состоящий из параллельно включенных биполярного транзистора с изолированным затвором 55 и резистор 56 и выходного электролитического конденсатора 57, а также схемы управления биполярным транзистором с изолированным затвором, состоящей из последовательно соединенных компаратора 60 и блока драйверов биполярного транзистора и изолированным затвором 61, к первому входу компаратора 60 подключено входное сетевое напряжение фильтра импульсно-коммутационных перенапряжений основной сети 3 (фиг.1) или входное сетевое напряжение фильтра импульсно-коммутационных перенапряжений резервной сети 4 (фиг.1), а к второму входу - опорное напряжение от делителя напряжения из двух резисторов 58 и 59, подключенных к внешнему блоку питания от основной сети 25 (фиг.1) или к внешнему блоку питания от резервной сети 26 (фиг.1).

Предлагаемый преобразователь работает следующим образом.

Напряжение питания основной сети 1 (фиг.1) через фильтр импульсно-коммутационных перенапряжений основной сети 3 подается на инвертор 5, где оно преобразуется в переменное напряжение и подается на первичную обмотку трансформатора 10. С вторичной обмотки трансформатора 12 напряжение поступает на выпрямитель 13 и на нагрузку 14.

Кроме этого, напряжение питания основной сети 1 поступает на блок питания от основной сети 25, напряжение питания резервной сети 2 поступает на блок питания от резервной сети 26. Напряжения питания, формируемые блоком питания от основной сети 25 и блоком питания от резервной сети 26, поступают на схему развязки цепей питания 27. С выхода схемы развязки цепей питания 27 подается питание на компаратор основного канала 15, компаратор резервного канала 16, блок драйверов силовых ключей основного канала 19 системы управления инвертором основного и резервного канала, блок драйверов силовых ключей резервного канала 20 системы управления инвертором основного и резервного канала, аналого-цифровой преобразователь 21 системы управления инвертором основного и резервного канала, микроконтроллер 23 системы управления инвертором основного и резервного канала.

При этом на выходе схемы развязки цепей питания 27 напряжения, необходимые для питания вышеуказанных компонентов системы управления инвертором основного и резервного канала преобразователя присутствуют, если поступает питание хотя бы от одной сети (основной сети 1 или резервной сети 2). Таким образом, в предлагаемом преобразователе, система управления инвертором основного и резервного канала может функционировать (обеспечивать управление инверторами) до тех пор, пока сохранено электропитание хотя бы от одной сети.

Сетевое напряжение, поступающее на фильтр импульсно-коммутационных перенапряжений основной сети 3 (фиг.1) и фильтр импульсно-коммутационных перенапряжений резервной сети 4 (фиг.1) вначале сглаживается Г-образным индуктивно-емкостным фильтром 53-54. Поступающие по сети импульсно-коммутационные перенапряжения, имеющие амплитуду выше опорного напряжения от делителя напряжения из двух резисторов 58 и 59 компаратора 60, активно подавляются узлом, состоящим из параллельно включенных биполярного транзистора с изолированным затвором 55 и резистора 56 и выходным электролитическим конденсатором 57.

При повреждении нагрузки 14 (или питающих ее кабелей) и возникновении короткого замыкания, возрастает ток в первичной обмотке трансформатора 10 (или дополнительной первичной обмотке трансформатора 11), датчик тока 7 (или датчик тока 8) формируют контрольный сигнал, поступающий на компаратор 15 (или компаратор 16). Компаратор 15 (или компаратор 16) вырабатывает управляющий сигнал для схемы блокировки сигнала управления инвертором основного канала 17 (или схемы блокировки сигнала управления инвертором резервного канала 18). Схема блокировки сигнала управления инвертором основного канала 17 (или схема блокировки сигнала управления инвертором резервного канала 18) производит блокировку сигнала управления (обнуление уровня сигнала управляющего инвертором основного 5 или резервного канала 6), формируемого блоком драйверов силовых ключей основного канала 19 (или блоком драйверов силовых ключей резервного канала 20), обеспечивая быстродействующую аппаратную защиту преобразователя от токов короткого замыкания. Одновременно с формированием сигналов для аппаратной защиты, компаратор 15 (или компаратор 16) вырабатывает контрольный сигнал, который через блок драйверов силовых ключей основного канала 19 (или блок драйверов силовых ключей резервного канала 20) поступает на первый 28 (или четвертый 29) входы микроконтроллера 23.

Система управления инвертором основного и резервного канала является аппаратно-программной системой, с программами, установленными в памяти энергонезависимой 24. После включения преобразователя происходит загрузка программ в оперативную память микроконтроллера 23 системы управления инвертором основного и резервного канала. Для обеспечения возможности контроля значения напряжений на входе инвертора основного канала 5 и инвертора резервного канала 6 и значения напряжения на нагрузке в состав системы управления инвертором основного и резервного канала включен аналого-цифровой преобразователь 21. Для формирования управляющих воздействий на инвертор основного канала 5 и инвертор резервного канала 6 в состав системы управления инвертором основного и резервного канала включен блок драйверов силовых ключей основного канала 19 и блок драйверов силовых ключей резервного канала 20.

Система управления инвертором основного и резервного канала обеспечивает выполнение следующих функций:

- опрос значения напряжения на входе инвертора основного канала 5 - напряжения основной сети 1 (на входе инвертора резервного канала 6 - напряжения резервной сети 2) с помощью аналого-цифрового преобразователя 21;

- опрос значения напряжения на нагрузке 14 (на выходе преобразователя) с помощью аналого-цифрового преобразователя 21;

- определение нахождения уровня напряжения основной сети 1 (резервной сети 2) в допустимом интервале значений напряжений;

- формирование управляющих воздействий на инвертор основного канала 5 (инвертор резервного канала 6) для стабилизации на нагрузке 14 выходных параметров преобразователя при нахождении уровня напряжения основной сети 1 (резервной сети 2) в допустимом интервале значений напряжений;

- при выходе уровня напряжения основной сети 1 из допустимого интервала значений напряжения, выключает инвертор основного канала 5 и включает инвертор резервного канала 6;

- при восстановлении уровня напряжения основной сети 1 в допустимом интервале значений напряжений, выключение инвертора резервного канала 6 и включение инвертора основного канала 5;

- определение короткого замыкании в нагрузке 14 (при срабатывании компаратора 15 или 16 от датчика тока 7 или 8 и поступлении контрольного сигнала от блока драйверов силовых ключей основного канала 19 или от блока драйверов силовых ключей резервного канала 20);

- блокировка формирования управляющих воздействий на инвертор основного канала 5 (инвертор резервного канала 6) при коротком замыкании в нагрузке 14. Описание блок-схемы алгоритмов.

Микроконтроллер 23 системы управления инвертором основного и резервного канала получает информацию об уровне напряжения основной сети 1 (входное напряжение преобразователя) от инвертора основного канала 5 и на нагрузке 14 (выходное напряжение преобразователя) с помощью входящего в состав системы управления аналого-цифрового преобразователя 21. На основе этой контрольной информации микроконтроллер 23 формирует управляющие воздействия с помощью входящего в состав системы управления блока драйверов силовых ключей 19 на инвертор основного канала 5, обеспечивая требуемые выходные параметры преобразователя.

При выходе из строя основного канала преобразователя, при выходе из допустимого интервала значений напряжения (или вовсе потере напряжения) в основной сети 1, определяемого микроконтроллером 23 по исчезновению напряжения на нагрузке 14 и путем контроля напряжения на входе инвертора основного канала 5, микроконтроллер 23 фиксирует событие «Авария основной сети», выполняет опрос значений напряжения резервной сети 2, определяет нахождение уровня напряжения резервной сети 2 в допустимом интервале значений напряжений, отключает инвертор основного канала 5 от основной сети 1 и включает инвертор резервного канала 6 и напряжение питания резервной сети 2 в инверторе резервного канала 6 преобразуется в переменное напряжение и подается на дополнительную первичную обмотку трансформатора 11. С вторичной обмотки трансформатора 12 напряжение поступает на выпрямитель 13 и на нагрузку 14. Далее микроконтроллер 23 обеспечивает поддержание требуемых выходных параметров преобразователя аналогично управлению инвертором основного канала 5.

По истечении времени T 1 (характерное для системы энергоснабжения объекта время, в течение которого должно восстановиться напряжение питания основной сети 1), микроконтроллер 23 выполняет опрос значений напряжения основной сети 1, определяет нахождения уровня напряжения основной сети 1 в допустимом интервале значений напряжений, отключает инвертор резервного канала 6 и включает в работу инвертор основного канала 5 (восстанавливает нормальный режим работы преобразователя от основной сети).

При выходе из строя резервного канала преобразователя, при выходе из допустимого интервала значений напряжений (или вовсе потере напряжения) в резервной сети 2, определяемого микроконтроллером 23 по исчезновению напряжения на нагрузке 14 и путем контроля напряжения на входе инвертора основного канала 6, микроконтроллер 23 фиксирует событие «Авария резервной сети», выполняет опрос значений напряжения основной сети 1, определяет нахождения уровня напряжения основной сети 1 в допустимом интервале значений напряжений, отключает инвертор резервного канала 6 и включает в работу инвертор основного канала 5.

Промышленная применимость изобретения определяется тем, что предлагаемый преобразователь может быть изготовлен в соответствии с приведенным описанием и чертежами на базе известных комплектующих изделий и технологического оборудования и использован для электропитания разнообразных объектов.

Таким образом, предлагаемый преобразователь обладает повышенной устойчивостью к воздействию импульсно-коммутационных помех, проникающих из питающей сети, имеет защиту основного или резервного канала силового оборудования от коротких замыканий в нагрузке, имеет широкие функциональные возможности и повышенную бесперебойность работы.

На основании вышеизложенного и по результатам проведенного нами патентно-информационного поиска считаем, что предлагаемый преобразователь напряжения постоянного тока со встроенным микроконтроллерным управлением отвечает критериям «Новизна» и «Изобретательский уровень».




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


1. Преобразователь напряжения постоянного тока с фильтрами импульсно-коммутационных перенапряжений и встроенным микроконтроллером, состоящий из основного и резервного канала, при этом основной канал содержит инвертор основного канала, питающийся от основной сети и подключенный к первичной обмотке трансформатора, вторичная обмотка которого подключена к нагрузке через выпрямитель, а резервный канал содержит инвертор резервного канала, питающийся от резервной сети и подключенный к дополнительной первичной обмотке трансформатора, контрольный выход нагрузки подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя с микроконтроллером системы управления инвертором основного и резервного канала, первый выход блока драйверов силовых ключей основного канала системы управления инвертором основного и резервного канала подключен к входу инвертора основного канала, первый выход блока драйверов силовых ключей резервного канала системы управления инвертором основного и резервного канала подключен к входу инвертора резервного канала, отличающийся тем, что в него введены фильтр импульсно-коммутационных перенапряжении основной сети, фильтр импульсно-коммутационных перенапряжений резервной сети, датчик тока основного канала, датчик тока резервного канала, компаратор основного канала, компаратор резервного канала, схема блокировки сигнала управления инвертором основного канала, схема блокировки сигнала управления инвертором резервного канала, часы реального времени системы управления инвертором основного и резервного канала, память энергонезависимая системы управления инвертором основного и резервного канала, блок питания от основной сети, блок питания от резервной сети, схема развязки цепей питания, причем фильтр импульсно-коммутационных перенапряжений основной сети включен между основной сетью и инвертором основного канала, фильтр импульсно-коммутационных перенапряжений резервной сети включен между резервной сетью и инвертором резервного канала, датчик тока основного канала включен между инвертором основного канала и первичной обмоткой трансформатора, датчик тока резервного канала включен между инвертором резервного канала и дополнительной первичной обмоткой трансформатора, выход датчик тока основного канала подключен к входу компаратора основного канала, первый выход компаратора основного канала подключен к первому входу схемы блокировки сигнала управления инвертором основного канала, второй вход схемы блокировки сигнала управления инвертором основного канала подключен к выходу блока драйверов силовых ключей основного канала системы управления инвертором основного и резервного канала, второй выход компаратора основного канала подключен к первому входу блока драйверов силовых ключей основного канала системы управления инвертором основного и резервного канала, выход датчик тока резервного канала подключен к входу компаратора резервного канала, первый выход компаратора резервного канала подключен к первому входу схемы блокировки сигнала управления инвертором резервного канала системы управления инвертором основного и резервного канала, второй вход схемы блокировки сигнала управления инвертором резервного канала подключен к первому выходу блока драйверов силовых ключей резервного канала системы управления инвертором основного и резервного канала, второй выход компаратора резервного канала подключен к первому входу блока драйверов силовых ключей резервного канала системы управления инвертором основного и резервного канала, второй и третий входы аналого-цифрового преобразователя системы управления инвертором основного и резервного канала подключены соответственно к выходу инвертора основного канала и к выходу инвертора резервного канала, первый и второй выходы микроконтроллера системы управления инвертором основного и резервного канала подключены соответственно к второму входу блока драйверов силовых ключей основного канала системы управления инвертором основного и резервного канала и к второму входу блока драйверов силовых ключей резервного канала системы управления инвертором основного и резервного канала, к первому входу микроконтроллера системы управления инвертором основного и резервного канала подключен второй выход блока драйверов силовых ключей основного канала системы управления инвертором основного и резервного канала, к второму входу - выход аналого-цифрового преобразователя системы управления инвертором основного и резервного канала, к третьему входу - часы реального времени, к четвертому входу - второй выход блок драйверов силовых ключей резервного канала системы управления инвертором основного и резервного канала, к пятому входу - память энергонезависимая системы управления инвертором основного и резервного канала, вход блока питания от основной сети подключен к выходу фильтра импульсно-коммутационных перенапряжений основной сети, первый выход блока питания от основной сети подключен к входу питания фильтра импульсно-коммутационных перенапряжений основной сети, второй выход блока питания от основной сети подключен к первому входу схемы развязки цепей питания, вход блока питания от резервной сети подключен к выходу фильтра импульсно-коммутационных перенапряжений резервной сети, первый выход блока питания от резервной сети подключен к входу питания фильтра импульсно-коммутационных перенапряжений резервной сети, второй выход блока питания от резервной сети подключен ко второму входу схемы развязки цепей питания, выход схемы развязки цепей питания подключен к входам питания компаратора основного канала, компаратора резервного канала, блока драйверов силовых ключей основного канала системы управления инвертором основного и резервного канала, блока драйверов силовых ключей резервного канала системы управления инвертором основного и резервного канала, аналого-цифровой преобразователя системы управления инвертором основного и резервного канала, микроконтроллера системы управления инвертором основного и резервного канала.

2. Преобразователь напряжения постоянного тока с фильтрами импульсно-коммутационных перенапряжений и встроенным микроконтроллером по п.1, отличающийся тем, что микроконтроллер системы управления инвертором основного и резервного канала выполнен с возможностью контроля уровня напряжения основной и резервной сети, определения нахождения уровня напряжения основной и резервной сети в допустимом интервале значений напряжений, отключения и включения инверторов основного и резервного канала, стабилизации напряжения на нагрузке при нахождении уровня напряжения основной или резервной сети в допустимом интервале значений напряжений.

3. Преобразователь напряжения постоянного тока с фильтрами импульсно-коммутационных перенапряжений и встроенным микроконтроллером по п.1 или 2, отличающийся тем, что фильтр импульсно-коммутационных перенапряжений основной сети содержит последовательно соединенные входную индуктивно-емкостную цепочку, узел активного подавления импульсно-коммутационных перенапряжений, состоящий из параллельно включенных биполярного транзистора с изолированным затвором и резистора и выходного электролитического конденсатора, а также схемы управления биполярным транзистором с изолированным затвором, состоящей из последовательно соединенных компаратора и блока драйверов биполярного транзистора и изолированным затвором, к первому входу компаратора подключено входное сетевое напряжение фильтра импульсно-коммутационных перенапряжений, а ко второму входу - опорное напряжение от делителя напряжения из двух резисторов, подключенных к внешнему блоку питания от основной сети.

4. Преобразователь напряжения постоянного тока с фильтрами импульсно-коммутационных перенапряжений и встроенным микроконтроллером по п.1 или 2, отличающийся тем, что фильтр импульсно-коммутационных перенапряжений резервной сети содержит последовательно соединенные входную индуктивно-емкостную цепочку, узел активного подавления импульсно-коммутационных перенапряжений, состоящий из параллельно включенных биполярного транзистора с изолированным затвором и резистора и выходного электролитического конденсатора, а также схемы управления биполярным транзистором с изолированным затвором, состоящей из последовательно соединенных компаратора и блока драйверов биполярного транзистора и изолированным затвором, к первому входу компаратора подключено входное сетевое напряжение фильтра импульсно-коммутационных перенапряжений, а ко второму входу - опорное напряжение от делителя напряжения из двух резисторов, подключенных к внешнему блоку питания от резервной сети.






ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru