ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЙ АГРЕГАТ

Настоящая полезная модель относиться к электротехнике и может быть использована в качестве источника питания гальванических ванн и оборудования электрохимической обработки металлов. Полезная модель может также использоваться в составе оборудования, где требуется стабилизация технологических процессов, например, поддержание постоянной температуры в печах или использоваться в качестве привода главного движения металлорежущих станков.
Известен выпрямительный агрегат [Выпрямительный агрегат ВАКР-630-24У4. Техническое описание и инструкция по эксплуатации выпрямительного агрегата ВАКР-630-24У4, с.68]. Основными составными элементами выпрямителя являются понижающий трансформатор, блок силовых тиристоров, собранных по мостовой схеме, датчик тока, датчик выпрямленного напряжения и система управления. Контроль тока и напряжения осуществляется стрелочными приборами.
Недостатками выпрямителя являются низкая точность стабилизации тока (5%), только местный контроль и регулирование тока и напряжения. Контроль тока и напряжения осуществляется по стрелочным приборам, что не обеспечивает высокую точность установки тока и напряжения. В выпрямителе не предусмотрена регистрация и архивирование данных технологического процесса, а также дистанционные контроль и управление технологическим процессом.
Указанные недостатки ограничивают технические возможности выпрямительного агрегата и снижают эффективность в эксплуатации.
Задачей полезной модели является создание выпрямительного агрегата, в котором устранены вышеуказанные недостатки, а также расширение арсенала средств подобного назначения.
Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности в эксплуатации за счет повышения точности стабилизации тока до 1.5%, обеспечения дистанционного контроля и регулирование параметров технологического процесса, автоматической регистрации и архивирования данных технологического процесса.
Указанный технический результат достигается за счет того, что выпрямительный агрегат включает трехфазный силовой трансформатор, силовой блок, контроллер и систему импульсно-фазового управления, фильтры низкой частоты, шунт, LCD дисплей, интерфейс связи с внешними устройствами, персональный компьютер. Обмотки силового трансформатора соединены по схеме звезда/звезда, при этом общая точка соединения вторичной трехфазной обмотки через датчик тока (шунт) соединена с отрицательным электродом гальванической ванны. Силовой блок состоит из трех силовых тиристоров, контроллер содержит аналогово-цифровые преобразователи, арифметически-логическое устройство, цифро-аналоговый преобразователь, преобразователь интерфейса. Система импульсно-фазового управления включает усилитель-формирователь и последовательно расположенные детектор нуля, интегратор, компаратор, транзисторные ключи. Выходы вторичной обмотки трансформатора соединены через силовой блок с нагрузкой, положительный выход которой соединен с входом фильтра низкой частоты канала напряжения. Выход датчика тока (шунта) соединен с фильтром низкой частоты канала тока. Выходы фильтров низкой частоты каналов напряжения и тока соединены с входами аналогово-цифровых преобразователей контроллера каналов напряжения и тока соответственно, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входом арифметически-логического устройства. Первый выход арифметически-логического устройства соединен с входом цифро-аналогового преобразователя, который через фильтр низкой частоты соединен с входом усилителя-формирователя системы импульсно-фазового управления, выход которого соединен со вторым входом компаратора. Силовой блок соединен с входом детектора нуля, выход которого соединен с входом интегратора. Выход интегратора соединен с первым входом компаратора, выход которого через транзисторные ключи соединен с силовым блоком. Второй выход арифметически-логического устройства соединен путем двусторонней обратной связи с преобразователем интерфейса, и через интерфейс связи с внешними устройствами с персональным компьютером, третий выход арифметически-логического устройства соединен с LCD дисплеем.
В заявляемом выпрямительном агрегате применена современная элементная база и схемотехника построения выпрямителей. Для обработки данных, поступающих с датчиков тока и напряжения, а также для стабилизации заданных параметров в полезной модели применен контроллер. Система импульсно-фазового управления (СИФУ) построена таким образом, что переключение силовых тиристоров происходит в момент перехода синусоиды напряжения через ноль, что исключает появления помех.
Схема контроллера управления совместно со схемой СИФУ и обратными связями по току и по напряжению образуют замкнутую систему автоматического регулирования, позволяющую с высокой степени точности стабилизировать выходные параметры выпрямительного агрегата.
Кроме того, минимальное количество элементов устройства, их конструктивное компактное расположение обеспечивает высокую ремонтопригодность агрегата, что существенно снижает его себестоимость.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена структурная схема выпрямительного агрегата.
Устройство состоит из силового трансформатора TVS1, блока силовых тиристоров III, контроллера I, системы импульсно-фазового управления II, фильтров низкой частоты 1, 2, 8, LCD дисплея 17, интерфейса связи с внешними устройствами 15, персонального компьютера 16, шунта Rш. К силовым тиристорам 14 блока силовых тиристоров III подключена нагрузка Rн., положительная клемма которой одновременно является и датчиком напряжения.
Контроллер I состоит из аналогово-цифровых преобразователей 3, 4, арифметически-логического устройства 5, цифро-аналогового преобразователя 6, преобразователя интерфейса 7.
СИФУ II состоит из усилителя формирователя 9, детектора нуля 10, интегратора 11, компаратора 12 и транзисторных ключей 13.
Выпрямительный агрегат работает следующим образом. Трехфазное переменное напряжение сети поступает на понижающий трансформатор TVS1, обмотки трансформатора соединены по схеме звезда/звезда, при этом средняя точка звезды соединена через шунт Rш. с отрицательным электродом гальванической ванны. Снимаемое с вторичной обмотки напряжение поступает на силовые тиристоры 14 силового блока III. Напряжение вторичной обмотки трансформатора TVS1 служит также для питания и синхронизации системы импульсно-фазового управления (СИФУ) II. Для контроля выпрямленного напряжения и тока в схеме применены датчики напряжения, положительная клемма "+" Rн. (нагрузки) и датчик тока Rш. (шунт). Напряжение, снимаемое с датчиков тока и напряжения Rн. и Rш. поступает на фильтры низкой частоты (ФНЧ) 1, 2 каналов напряжения и тока. Отфильтрованные сигналы тока и напряжения поступают в аналогово-цифровые преобразователи (АЦП) 3, 4 канала напряжения и тока соответственно, контроллера I. Сигналы тока и напряжения оцифрованные аналогово-цифровыми преобразователями (АЦП) 3, 4 поступают в арифметически-логическое устройство (АЛУ) 5. В АЛУ 5 эти сигналы анализируются, обрабатываются и в соответствии с заданным алгоритмом АЛУ 5 выдает управляющие сигналы в цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 6, где формируются аналоговые сигналы управления. С выхода цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) 6, сигналы управления поступают на ФНЧ 8 и служат для управления системой импульсно-фазового управления (СИФУ) II.
Система импульсно-фазового управления II служит для преобразования синусоидального напряжения сети в серию прямоугольных импульсов, идущих на управляющие электроды силовых тиристоров. Переменное напряжение с вторичной обмотки трансформатора TVS1 поступает на детектор нуля (ДН) 10. При прохождении фазы через "0", детектор нуля вырабатывает прямоугольные импульсы синхронизации. Импульсы с ДН 10 поступают на интегратор с транзисторным ключом 11, где формируется пилообразное напряжение. Пилообразное напряжение поступает на компаратор 12.
Напряжение управления, сформированное контроллером I и отфильтрованное фильтром низкой частоты 8, поступает на вход усилителя-формирователя 9. Пилообразное напряжение, сформированное интегратором с транзисторным ключом 11 и сигналы с усилителя-формирователя 9 поступают на компаратор 12 и в момент, когда пилообразное напряжение превышает величину напряжения усилителя-формирователя 11, компаратор переключиться, и на выходе компаратора формируется импульс управления транзисторными ключами 13. Транзисторные ключи 13 формируют импульсы открытия силовых тиристоров. Сформированные транзисторными ключами 15 импульсы поступают на управляющие электроды силовых тиристоров 14 блока силовых тиристоров III.
Регулирование выходного напряжения осуществляется путем изменения момента отпирания силовых тиристоров 14. Отпирание силовых тиристоров 14 происходит в момент подачи на их электроды импульсов, формируемых схемой СИФУ II. Сдвиг импульсов относительно переменного напряжения питающей сети осуществляется под воздействием управляющего сигнала поступающего из схемы контроллера I.
Помимо функций контроля и управления контроллер I осуществляет вывод информации на LCD дисплей 17, а также позволяет осуществлять связь с внешними устройствами с помощью преобразователя интерфейса 7 и интерфейса связи с внешними устройствами 15 по протоколу RS232 или RS485, в частности с персональным компьютером (ПК) 16.
Управление выпрямительным агрегатом осуществляют с помощью компьютерной программы для ЭВМ «VP-320» (Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2011616910 от 06.09.2011 г., авт. Дериглазов С.К.). Программа предназначена для управления и контроля выпрямительным агрегатом. Программа позволяет регулировать и контролировать технологические процессы гальваники, а также включать и выключать выпрямительный агрегат в заданные интервалы времени. Программа также позволяет архивировать данные технологического процесса, полученные от выпрямительного агрегата с последующей записью данных на жесткий диск персонального компьютера.
В качестве программного интерфейса для осуществления обмена данными вместе с заявленным устройством также используют программу «Rectifer_A» (Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2011616909 от 06.09.2011 г., авт. Дериглазов С.К.). Программа предназначена для обслуживания микроконтроллера ATMega16 фирмы "Atmel". Под управлением программы микроконтроллер принимает, анализирует и обрабатывает принимаемые сигналы напряжения и тока, поступающие с датчиков, и в соответствии с заданным алгоритмом работы программы, микроконтроллер выдает на управляемое устройство аналоговые сигналы управления. Под управлением программы контроллер выводит на LCD дисплей 17 показания значений тока и напряжения, а также обеспечивает связь с персональным компьютером 16 по протоколу RS-232. Персональный компьютер 16 позволяет дистанционно управлять технологическим процессом, контролировать параметры технологического процесса, а также автоматически архивировать полученные данные.
Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, поскольку оно работоспособно, и предлагается его использование в промышленности.
Таким образом, заявленная совокупность существенных признаков устройства позволяет достичь поставленный технический результат.