СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
TEST BENCH OF ELECTRIC ENERGY SOURCES

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в качестве устройства для испытания систем и средств электроснабжения стационарных и подвижных объектов.
В настоящее время при построении высоконадежных систем электроснабжения ответственных потребителей в качестве источников электроэнергии (ИЭЭ) переменного тока широко используются агрегаты бесперебойного питания (АБП) и электроагрегаты с двигателями внутреннего сгорания, мощность которых сравнима с установленной мощностью потребителей. Источники вторичного электропитания (ИВЭП) данных ответственных потребителей построены, как правило, по схеме с промежуточным преобразованием частоты и потребляют от источника переменного тока импульсный ток длительностью 0,25…0,3 полупериода напряжения, при этом амплитудное значение импульсного тока в 7…10 раз превышает действующее значение [1, 2]. При сравнимых мощностях ИЭЭ переменного тока и импульсной (нелинейной) нагрузки неизбежно искажается форма кривой напряжения на выходе ИЭЭ переменного тока, что приводит к преждевременному выходу из строя как ИЭЭ, так и аппаратуры потребителя.
Анализ технических характеристик ИЭЭ, источников бесперебойного питания (ИБП) и ИВЭП, заявленных в рекламных материалах и в эксплуатационной документации, не позволяет с достаточной достоверностью определить допустимое значение мощности нелинейной нагрузки, при котором искажение формы кривой напряжения в силовой сети не превышает допустимого значения, определяемого требованиями ГОСТ 13109-87 [ГОСТ 13109-87. Электрическая энергия. Требования к качеству электрической энергии в электрических сетях общего назначения]. Разработчики систем электроснабжения вынуждены определять устойчивость совместного функционирования конкретных ИЭЭ и ИВЭП экспериментальным путем, после их выбора и закупки, что приводит к дополнительным финансовым затратам и увеличению сроков разработки, а также к риску отказа в процессе испытаний как ИЭЭ, так и подключаемого к нему оборудования. При этом следует учесть, что стоимость оборудования в большинстве случаев превышает стоимость ИЭЭ в несколько (иногда в десятки и сотни) раз.
Для исследования возможностей ИЭЭ, предназначенных для работы на ИВЭП, а также при проведении пусконаладочных работ с источниками электроэнергии возникает необходимость в применении имитаторов линейной и нелинейной ступенчатой нагрузки большой мощности.
За основу простейших имитаторов нелинейной нагрузки можно использовать параллельно соединенные друг с другом конденсаторную батарею и нагрузочный резистор, подключаемые к выходам выпрямительного моста.
В качестве основных требований, предъявляемых к имитаторам нелинейной нагрузки, необходимо отметить следующие.
Во-первых, должны быть предусмотрены меры по ограничению величины пускового тока, обусловленного током заряда конденсаторной батареи при ее подключении к выходам выпрямительного моста, способного при большой емкости конденсаторной батареи вывести из строя как минимум сам выпрямительный мост.
Во-вторых, должна обеспечиваться возможность ступенчатого изменения величины нагрузки, имитируя тем самым последовательное во времени подключение и отключение соответствующих потребителей электроэнергии.
Устройства, в которых в качестве нагрузки выпрямительного моста используется конденсатор, широко известны [3, 4]. Однако в этих устройствах не предусмотрены ограничение величины пускового тока и ступенчатое изменение мощности нагрузки.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является испытательно-нагрузочный стенд [5], содержащий выпрямительный мост и N нагрузочных контуров, подключенных параллельно друг другу к выходу выпрямительного моста. Каждый нагрузочный контур включает в себя контакты пускового ключа, диод, ограничительный резистор, конденсаторную батарею, нагрузочный резистор и обмотку реле, имеющего две группы нормально разомкнутых контактов, при этом минус выпрямительного моста соединен с минусом конденсаторной батареи и с одним из выводов нагрузочного резистора, плюс выпрямительного моста через нормально разомкнутые контакты пускового ключа и диод в проводящем направлении подключен к плюсу конденсаторной батареи, параллельно конденсаторной батарее подключена обмотка реле, первая группа нормально разомкнутых контактов которого подключена параллельно ограничительному резистору, а вторая группа нормально разомкнутых контактов реле включена между плюсом конденсаторной батареи и вторым выводом нагрузочного резистора [5].
В известном устройстве вследствие того, что в цепи заряда конденсаторной батареи находится соединенный с ней последовательно ограничительный резистор, величина тока заряда, ограничиваясь его сопротивлением, не будем иметь лавинообразный характер. Кроме того, благодаря разомкнутым контактам второй группы реле отсутствует протекание тока через нагрузочный резистор, что также снижает общее значение пускового тока.
Основным недостатком известного устройства является отсутствие возможности испытания ИЭЭ на линейную нагрузку. Такое решение ограничивает возможности широкого использования известных устройств подобного типа.
Кроме того, недостатком известного стенда является недостаточная надежность работы. Это обусловлено наличием в его составе одного выпрямительного моста, к выходу которого параллельно подключено большое число нагрузочных контуров (N контуров). В этом случае при большом нагрузочном токе возможен выход из строя из-за перегрузки выпрямительного моста, что приводит к отказу в работе всего стенда.
Целью изобретения является обеспечение возможности испытания источников электроэнергии в различных режимах как с линейной, так и с нелинейной нагрузкой при одновременном повышении надежности работы стенда.
Поставленная цель достигается тем, что стенд для испытания источников электроэнергии содержит блок коммутации нагрузки, состоящий из блока подключения источников электроэнергии, входного трехполюсного автоматического выключателя, блока питания постоянного тока, первого и второго коммутаторов нагрузки, каждый из которых содержит трехполюсный автоматический выключатель и m однополюсных реле с нормально разомкнутыми контактами, n (n равно двум группам по m контуров) нагрузочных контуров, каждый из которых содержит выпрямительный мост, терморезистор, конденсаторную батарею, однополюсное реле с нормально разомкнутыми контактами и нагрузочный резистор, пульт управления нагрузкой, состоящий из пускового ключа, блока установки режима испытаний и блока дистанционного управления (ДУ) нагрузкой, при этом внешний источник электроэнергии через блок подключения источников электроэнергии соединен с первыми контактами входного трехполюсного автоматического выключателя блока коммутации нагрузки, вторые контакты которого посредством четырехпроводной силовой шины подключены параллельно к первым контактам трехполюсного автоматического выключателя первого и второго коммутаторов нагрузки, входы-выходы напряжения переменного тока каждой из трех фаз со вторых контактов трехполюсного автоматического выключателя первого и второго коммутаторов нагрузки блока коммутации нагрузки подключены к первым выводам нормально разомкнутых контактов соответственно каждой из двух групп однополюсных реле, второй вывод каждого однополюсного реле подключен к входу-выходу переменного тока выпрямительного моста соответствующего нагрузочного контура, плюсовой вывод каждого выпрямительного моста в каждом нагрузочном контуре соединен с первым выводом соединен с первым выводом терморезистора, второй вывод которого соединен с первым выводом нагрузочного резистора и через нормально разомкнутые контакты однополюсного реле соединен с плюсом конденсаторной батареи, минус которой соединен со вторым выводом нагрузочного резистора и с минусовым контактом выпрямительного моста, вход-выход однофазной сети входного трехполюсного автоматического выключателя блока коммутации нагрузки соединен с входом-выходом переменного тока блока питания постоянного тока, выход цепи постоянного тока которого через нормально разомкнутые контакты пускового ключа пульта управления нагрузкой соединен параллельно с входами-выходами блока установки режима испытаний и блока ДУ нагрузкой, первые m выходов управляющих напряжений блока установки режима испытаний подключены соответственно к управляющим входам m однополюсных реле первого коммутатора нагрузки блока коммутации нагрузки, вторые m выходов управляющих напряжений блока установки режима испытаний подключены соответственно к управляющим входам m однополюсных реле второго коммутатора нагрузки, каждый из n выходов управляющего напряжения блока ДУ нагрузкой подключен к управляющему входу однополюсного реле с нормально разомкнутыми контактами соответствующего нагрузочного контура, при этом первый из n выходов управляющего напряжения блока ДУ нагрузкой подключен к управляющему входу однополюсного реле с нормально разомкнутыми контактами первого нагрузочного контура, второй выход управляющего напряжения блока ДУ нагрузкой соединен с управляющим входом однополюсного реле с нормально разомкнутыми контактами второго нагрузочного контура и т.д., а n-й выход управляющего напряжения блока ДУ нагрузкой подключен соответственно к управляющему входу однополюсного реле с нормально разомкнутыми n-го нагрузочного контура.
Сопоставительный анализ с известными аналогами показывает, что заявляемый стенд для испытания источников электроэнергии отличается новой совокупностью признаков при соответствующем схемном решении. При этом в предлагаемом стенде для испытания источников электроэнергии в каждом нагрузочном контуре взамен ограничительного резистора и реле с двумя группами нормально разомкнутых контактов введен терморезистор, обеспечивающий ограничение пускового тока за счет снижения сопротивления практически до нуля при нагревании, а включение в цепь заряда конденсаторной батареи нормально разомкнутых контактов однополюсного реле позволяет обеспечить изменение нагрузки от линейной к нелинейной при дистанционном управлении процессом переключения за счет подачи напряжения на обмотки однополюсных реле в каждом нагрузочном контуре.
Наличие в составе стенда пульта управления нагрузкой позволяет обеспечить дистанционное подключение и управление режимами работы нескольких нагрузочных контуров и соответственно ступенчатое изменение величины как линейной, так и нелинейной нагрузки.
Таким образом, заявляемый стенд для испытания источников электроэнергии соответствует критерию «новизна». Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что вновь введенные блоки хорошо известны специалистам в данной области техники и дополнительного творчества для их воспроизведения не требуется.
Данное решение существенно отличается от известных решений в данной области техники. Заявляемое решение явным образом не следует из уровня техники и имеет изобретательский характер. Это позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию «существенные отличия».
Заявляемое решение может быть реализовано с использованием существующих блоков и устройств, используемых в электрорадиотехнике, и является промышленно применимым, что подтверждено результатами проверки работоспособности предлагаемого стенда для испытания источников электроэнергии в различных режимах работы.
На фиг.1 приведена структурная электрическая схема стенда для испытания источников электроэнергии, а на фиг.2 и 3 приведены структурные электрические схемы блока установки режима испытаний и блока ДУ нагрузкой пульта управления нагрузкой.
1
m
1
m
1
m
1
m
Стенд для испытания источников электроэнергии содержит (фиг.1) блок 1 коммутации нагрузки, состоящий из блока 2 подключения источников электроэнергии, входного трехполюсного автоматического выключателя 3, блока 4 питания постоянного тока, первого коммутатора 5 нагрузки, включающего в себя трехполюсный автоматический выключатель бит однополюсных реле 7 (7-7) с нормально разомкнутыми контактами, второго коммутатора 8 нагрузки, включающего в себя трехполюсный автоматический выключатель 9 и m однополюсных реле 10 (10-10) с нормально разомкнутыми контактами, n (n=2m) нагрузочных контуров, включающих первую группу из m нагрузочных контуров 11 (11-11) и вторую группу из m нагрузочных контуров 12 (12-12), при этом каждая из двух групп 11 и 12 нагрузочных контуров включает в свой состав до двенадцати нагрузочных контуров, то есть m=12.
Каждый из m нагрузочных контуров первой 11 и второй 12 групп содержит выпрямительный мост 13, терморезистор 14, конденсаторную батарею 15, однополюсное реле 16 с нормально разомкнутыми контактами, предназначенное для дистанционного переключения с линейной на нелинейную нагрузку, нагрузочный резистор 17, а также стенд содержит пульт 18 управления нагрузкой, состоящий из пускового ключа 19, блока 20 установки режима испытаний и блока 21 ДУ нагрузкой. К блоку 2 подключения источников электроэнергии подключен внешний источник 22 электроэнергии.
1
24
Блок 20 установки режима испытаний пульта 18 управления нагрузкой содержит (фиг.2) первую группу переключателей, включающую в себя первый 23, второй 24 и третий 25 однополюсные переключатели с нормально разомкнутыми контактами, вторую группу переключателей, состоящую из первого 26, второго 27, третьего 28, четвертого 29, пятого 30 и шестого 31 однополюсного переключателя с нормально разомкнутыми контактами, двадцать четыре однотипных однополюсных реле 32 (32-32) с нормально разомкнутыми контактами.
1
24
Блок 21 ДУ нагрузкой пульта 18 управления нагрузкой содержит (фиг.3) первую группу переключателей, включающую в себя первый 33, второй 34 и третий 35 однополюсные переключатели с нормально разомкнутыми контактами, вторую группу переключателей, состоящую из первого 36, второго 37, третьего 38, четвертого 39, пятого 40 и шестого 41 однополюсного переключателя с нормально разомкнутыми контактами, двадцать четыре однотипных однополюсных реле 42 (42-42) с нормально разомкнутыми контактами.
Внешний источник 22 электроэнергии (см. фиг.1) через блок 2 подключения источников электроэнергии блока 1 коммутации нагрузки соединен с первыми контактами входного трехполюсного автоматического выключателя 3 блока 1 коммутации нагрузки, вторые контакты которого посредством четырехпроводной силовой шины подключены параллельно к первым контактам трехполюсного автоматического выключателя 6 и 9 первого 5 и второго 8 коммутаторов нагрузки соответственно.
1
m
1
m
1
m
1
m
1
1
m
m
1
1
m
m
Входы-выходы напряжения переменного тока каждой из трех фаз внешнего трехфазного источника переменного тока со вторых контактов трехполюсного автоматического выключателя 6 и 9 соответственно первого 5 и второго 8 коммутаторов нагрузки блока 1 коммутации нагрузки подключены к первым выводам нормально разомкнутых контактов соответственно каждой из двух групп 7 (7-7) и 10 (10-10) однополюсных реле. Второй вывод нормально разомкнутых контактов каждого однополюсного реле 7 (7-7) и 10 (10-10) подключен к входу-выходу переменного тока выпрямительного моста 13 соответствующего нагрузочного контура, например, второй вывод первого 7 однополюсного реле первого коммутатора 5 нагрузки соединен с входом-выходом переменного тока выпрямительного моста 13 первого 11 нагрузочного контура, второй вывод m-го однополюсного реле 7 первого коммутатора 5 нагрузки соединен с входом-выходом переменного тока выпрямительного моста 13 m-го нагрузочного контура 11, а второй вывод первого 10 однополюсного реле второго коммутатора 8 нагрузки соединен с входом-выходом переменного тока выпрямительного моста 13 первого 12 нагрузочного контура, второй вывод m-го однополюсного реле 10 второго коммутатора 8 нагрузки соединен с входом-выходом переменного тока выпрямительного моста 13 m-го нагрузочного контура 12.
Плюсовой вывод выпрямительного моста 13 в каждом нагрузочном контуре соединен с первым выводом терморезистора 14, второй вывод которого соединен с первым выводом нагрузочного резистора 17 и через нормально разомкнутые контакты однополюсного реле 16 соединен с плюсом конденсаторной батареи 15, минус которой соединен со вторым выводом нагрузочного резистора 17 и с минусовым выводом выпрямительного моста 13.
1
m
1
m
1
1
m
m
1
1
m
Вход-выход однофазной сети переменного тока входного трехполюсного автоматического выключателя 3 блока 1 коммутации нагрузки соединен с входом-выходом переменного тока блока 4 питания постоянного тока, выход цепи постоянного тока которого соединен с первым выводом нормально разомкнутых контактов пускового ключа 19 пульта 18 управления нагрузкой. Второй вывод нормально разомкнутых контактов пускового ключа 19 соединен параллельно с входами-выходами блока 20 установки режима испытаний и блока 21 ДУ нагрузкой. Первые m выходов управляющих напряжений блока 20 установки режима испытаний подключены соответственно к управляющим входам m однополюсных реле 7 (7-7) первого коммутатора 5 нагрузки, вторые m выходов управляющих напряжений блока 20 установки режима испытаний подключены соответственно к управляющим входам m однополюсных реле 10 (10-10) второго коммутатора 8 нагрузки. Первый выход управляющего напряжения блока 21 ДУ нагрузкой подключен к управляющему входу однополюсного реле 16 с нормально разомкнутыми контактами первого 11 нагрузочного контура первой группы 11 контуров, двенадцатый выход управляющего напряжения блока 21 ДУ нагрузкой подключен соответственно к управляющему входу однополюсного реле 16 с нормально разомкнутыми контактами m-го (11) нагрузочного контура первой группы контуров. Тринадцатый выход управляющего напряжения блока 21 ДУ нагрузкой подключен соответственно к управляющим входу однополюсного реле 16 с нормально разомкнутыми контактами первого (12) нагрузочного контура второй группы контуров, а двадцать четвертый выход управляющего напряжения блока 21 ДУ нагрузкой подключен соответственно к управляющему входу однополюсного реле 16 с нормально разомкнутыми контактами двенадцатого (12m) нагрузочного контура второй группы контуров.
1
3
4
6
7
8
9
11
12
14
15
16
17
19
20
22
23
24
1
24
1
m
1
m
Второй вывод нормально разомкнутых контактов пускового ключа 19 пульта 18 управления нагрузкой подключен параллельно к первым контактам первого 23 и третьего 25 однополюсных переключателей первой группы переключателей блока 20 установки режима испытаний, второй контакт первого 23 однополюсного переключателя первой группы переключателей подключен параллельно к первым контактам второго однополюсного переключателя 24 первой группы и к первым контактам первого 26 и второго 27 однополюсных переключателей второй группы, второй контакт второго 24 однополюсного переключателя первой группы подключен параллельно к первым контактам третьего 28 и четвертого 29 однополюсных переключателей второй группы, второй контакт третьего 25 однополюсного переключателя первой группы подключен параллельно к первым контактам пятого 30 и шестого 31 однополюсных переключателей второй группы. Второй контакт первого 26 однополюсного переключателя второй группы подключен параллельно к первым выводам первого, второго и третьего однополюсного реле 32 (32-32) с нормально разомкнутыми контактами, второй контакт второго 27 однополюсного переключателя второй группы подключен параллельно к первым выводам четвертого, пятого и шестого однополюсного реле 32 (32-32) с нормально разомкнутыми контактами. Первый контакт второго 24 однополюсного переключателя первой группы подключен параллельно к первым выводам седьмого и восьмого однополюсного реле 32 (32-32) с нормально разомкнутыми контактами. Второй контакт третьего 28 однополюсного переключателя второй группы подключен параллельно к первым выводам девятого, десятого и одиннадцатого однополюсного реле 32 (32-32) с нормально разомкнутыми контактами, второй контакт четвертого 29 однополюсного переключателя второй группы подключен параллельно к первым выводам двенадцатого, тринадцатого и четырнадцатого однополюсного реле 32 (32-32) с нормально разомкнутыми контактами. Второй контакт второго 24 однополюсного переключателя первой группы подключен параллельно к первым выводам пятнадцатого и шестнадцатого однополюсного реле 32 (32-42) с нормально разомкнутыми контактами, второй контакт пятого 30 однополюсного переключателя второй группы подключен параллельно к первым выводам семнадцатого, восемнадцатого и девятнадцатого однополюсного реле 32 (32-32) с нормально разомкнутыми контактами, второй контакт шестого 31 однополюсного переключателя второй группы подключен параллельно к первым выводам двадцатого, двадцать первого и двадцать второго однополюсного реле 32 (32-32) с нормально разомкнутыми контактами. Второй контакт третьего 35 однополюсного переключателя первой группы подключен параллельно к первым выводам двадцать третьего и двадцать четвертого однополюсного реле 32 (32-32) с нормально разомкнутыми контактами, вторые выводы каждого из двадцати четырех однополюсных реле 32 (32-32) с нормально разомкнутыми контактами являются выходами управляющих напряжений блока 20 установки режима испытаний и подключены к управляющим входам соответственно с первого 7 по двенадцатое (m-е) 7 однополюсное реле 7 первого 5 коммутатора нагрузки и с первого 10 по двенадцатое (m-е) 10 однополюсное реле 10 второго 8 коммутатора нагрузки.
1
3
4
6
7
8
9
11
12
14
15
16
17
19
20
22
23
24
1
24
1
m
1
m
Второй вывод нормально разомкнутых контактов пускового ключа 19 пульта 18 управления нагрузкой подключен параллельно к первым контактам первого 33 и третьего 35 однополюсных переключателей первой группы переключателей блока 21 ДУ нагрузкой, второй контакт первого 33 однополюсного переключателя первой группы переключателей подключен параллельно к первым контактам второго однополюсного переключателя 34 первой группы и к первым контактам первого 36 и второго 37 однополюсных переключателей второй группы, второй контакт второго 34 однополюсного переключателя первой группы подключен параллельно к первым контактам третьего 38 и четвертого 39 однополюсных переключателей второй группы, второй контакт третьего 35 однополюсного переключателя первой группы подключен параллельно к первым контактам пятого 40 и шестого 41 однополюсных переключателей второй группы. Второй контакт первого 36 однополюсного переключателя второй группы подключен параллельно к первым выводам первого, второго и третьего однополюсного реле 42 (42-42) с нормально разомкнутыми контактами, второй контакт второго 37 однополюсного переключателя второй группы подключен параллельно к первым выводам четвертого, пятого и шестого однополюсного реле 42 (42-42) с нормально разомкнутыми контактами. Первый контакт второго 34 однополюсного переключателя первой группы подключен параллельно к первым выводам седьмого и восьмого однополюсного реле 42 (42-42) с нормально разомкнутыми контактами. Второй контакт третьего 38 однополюсного переключателя второй группы подключен параллельно к первым выводам девятого, десятого и одиннадцатого однополюсного реле 42 (42-42) с нормально разомкнутыми контактами, второй контакт четвертого 39 однополюсного переключателя второй группы подключен параллельно к первым выводам двенадцатого, тринадцатого и четырнадцатого однополюсного реле 42 (42-42) с нормально разомкнутыми контактами. Второй контакт второго 34 однополюсного переключателя первой группы подключен параллельно к первым выводам пятнадцатого и шестнадцатого однополюсного реле 42 (42-42) с нормально разомкнутыми контактами, второй контакт пятого 40 однополюсного переключателя второй группы подключен параллельно к первым выводам семнадцатого, восемнадцатого и девятнадцатого однополюсного реле 42 (42-42) с нормально разомкнутыми контактами, второй контакт шестого 41 однополюсного переключателя второй группы подключен параллельно к первым выводам двадцатого, двадцать первого и двадцать второго однополюсного реле 42 (42-42) с нормально разомкнутыми контактами. Второй контакт третьего 35 однополюсного переключателя первой группы подключен параллельно к первым выводам двадцать третьего и двадцать четвертого однополюсного реле 42 (42-42) с нормально разомкнутыми контактами, вторые выводы каждого из двадцати четырех однополюсных реле 42 (42-42) с нормально разомкнутыми контактами являются выходами управляющих напряжений блока 21 ДУ нагрузкой и подключены к управляющим входам соответственно с первого 11 по двенадцатое (m-е) 11 однополюсное реле 16 первой 11 группы нагрузочных контуров и с первого 12 по двенадцатое (m-е) 12 однополюсное реле 16 второй 12 группы нагрузочных контуров.
Стенд для испытания источников электроэнергии работает следующим образом.
Стенд обеспечивает:
подключение и испытание трехфазного источника электроэнергии с номинальным напряжением 380/220 В промышленной частоты или однофазного источника электроэнергии с номинальным напряжением 220 В промышленной частоты в качестве как линейной, так и нелинейной нагрузки;
дистанционное управление изменением нагрузки и превращение линейной нагрузки в нелинейную с помощью пульта управления нагрузкой;
дискретное изменение потребляемой мощности через 2 кВА от 0 до 48 кВА (при двух группах нагрузочных контуров по 12 контуров в каждой) и более, например, до 72 кВ·А при трех группах нагрузочных контуров, а также наброс потребляемой мощности от 0 до 48 кВ·А и сброс от 48 кВ·А до 0 при подключении к трехфазному источнику электроэнергии;
дискретное изменение потребляемой мощности в каждой фазе через 2 кВт при подключении к трехфазному источнику электроэнергии - несимметричная нагрузка;
дискретное изменение потребляемой мощности через 2 кВт от 0 до 48 кВт (при двух группах нагрузочных контуров) и более (при трех группах нагрузочных контуров), а также наброс потребляемой мощности от 0 до 48 и сброс от 48 кВт до 0 при подключении к однофазному источнику электроэнергии;
коммутации нагрузочных контуров в соответствии с выбранной схемой испытаний, при этом время коммутации при дискретном изменении потребляемой мощности не превышает 0,2 с.
В исходном состоянии контакты входного трехполюсного автоматического выключателя 3, трехполюсных автоматических выключателей 6 и 9 первого 5 и второго 8 коммутаторов нагрузки блока 1 коммутации нагрузки, всех однополюсных реле 7 и 10 первого 5 и второго 8 коммутаторов нагрузки, всех однополюсных реле 16 всех нагрузочных контуров первой 11 и второй 12 групп, контакты пускового ключа 19 пульта управления нагрузкой, контакты всех переключателей 24-31 и однополюсных реле 32 блока 20 установки режима испытаний, контакты всех переключателей 34-41 и однополюсных реле 42 блока 21 ДУ нагрузкой разомкнуты. Вследствие этого все элементы стенда для испытаний обесточены.
При проведении испытаний к стенду подключается внешний источник 22 переменного тока. Это может быть трехфазный источник переменного тока напряжением 380 В или 220 В.
Включение в работу стенда осуществляется путем перевода входного трехполюсного автоматического выключателя 3, трехполюсных автоматических выключателей 6 и 9 первого 5 и второго 8 коммутаторов нагрузки блока 1 коммутации нагрузки в положение «ВКЛ.» и замыкания контактов пускового ключа 19 пульта управления нагрузкой. При этом напряжение переменного тока через замкнутые контакты входного трехполюсного автоматического выключателя 3, трехполюсных автоматических выключателей 6 и 9 первого 5 и второго 8 коммутаторов нагрузки блока 1 коммутации нагрузки поступает на первые выводы нормально разомкнутых контактов всех однополюсных реле 7 и 10 соответственно первого 5 и второго 8 коммутаторов нагрузки.
Одновременно с входного трехполюсного автоматического выключателя 3 напряжение переменного тока поступает на вход блока 4 питания постоянного тока, который преобразует напряжение переменного тока в постоянное, предназначенное для питания однополюсных реле блока 20 установки режима испытаний и блока 21 ДУ нагрузкой. Напряжение постоянного тока с блока 4 поступает на первые контакты всех переключателей с нормально разомкнутыми контактами блока 20 установки режима испытаний и блока 21 ДУ нагрузкой. Замыканием контактов любого из выбранных переключателей блока 20 и блока 21 подается управляющее напряжение на обмотки соответствующих однополюсных реле 32 и 42. Напряжение постоянного тока со вторых выводов каждого однополюсного реле 32 поступает на обмотки однополюсных реле первого 5 и второго 8 коммутаторов нагрузки, а со вторых выводов однополюсных реле 42 напряжение поступает на обмотки однополюсных реле 16 каждого из двух групп 11 и 12 нагрузочных контуров.
Напряжение постоянного тока со вторых выводов каждого однополюсного реле 42 поступает на обмотки однополюсных реле 16 соответствующего нагрузочного контура первой 11 и второй 12 групп нагрузочных контуров.
Напряжение переменного тока одной из фаз со вторых контактов входного трехполюсного автоматического выключателя 3 через замкнутые контакты трехполюсного автоматического выключателя 6 и однополюсного реле 7 первого 5 коммутатора нагрузки блока 1 коммутации нагрузки поступает на вход-выход переменного тока выпрямительного моста 13 какого-либо из n нагрузочных контуров. Выпрямительный мост 13 осуществляет преобразование напряжения переменного тока в постоянное и с плюсового контакта моста 13 нагрузочный ток потечет через терморезистор 14 на первый вывод нагрузочного резистора 17, а со второго вывода нагрузочного резистора 17 ток замыкается на минусовой контакт выпрямительного моста 13.
В предлагаемом стенде терморезистор выполняет роль ограничительного резистора, предназначенного для ограничения пускового тока на нагрузочном резисторе. Ввиду того, что сопротивление терморезистора меняется плавно от максимально возможного до нуля под действием протекающего по нему току, ток нагрузки на нагрузочном резисторе не будет иметь лавинообразный характер. Использование терморезистора взамен диода, ограничительного резистора и реле с двумя группами нормально разомкнутых контактов способствует упрощению конструкции устройства и повышению надежности работы стенда.
При необходимости увеличения испытательной нагрузки осуществляется подключение трех и более нагрузочных контуров путем выбора и установки соответствующего режима испытаний на блоке 20 и замыкания контактов соответствующих однополюсных реле 7 и 10 первого 5 и второго 8 коммутаторов нагрузки. Все процессы будут происходить согласно вышеизложенному.
Уменьшение величины испытательной нагрузки при большом количестве подключенных нагрузочных контуров производится путем размыкания контактов однополюсных переключателей блока 20, отключения цепей питания соответствующих однополюсных реле 32 блока 20 и выпрямительных мостов 13 соответствующих нагрузочных контуров.
Проведение испытаний источников электроэнергии на нелинейную нагрузку осуществляется путем подачи питающего напряжения на обмотки однополюсных реле 16 нагрузочного контура 11 (или 12). При этом срабатывает однополюсное реле 16 в нагрузочном контуре и своими замкнутыми контактами включает цепь заряда конденсаторной батареи 15 от выпрямительного моста 13.
По мере заряда конденсаторной батареи 15 по цепи: плюсовой контакт выпрямительного моста 13, замкнутые контакты однополюсного реле 16, плюс конденсаторной батареи 15, минус которой соединен с минусовым контактом выпрямительного моста 13, создается предпосылка для превращения линейной нагрузки на нагрузочном резисторе 17 в нелинейную за счет появления импульсного скачка напряжения на конденсаторной батарее 15.
При размыкании контактов пускового ключа 19 пульта 18 управления нагрузкой происходит обесточивание цепей питания всех однополюсных реле первого 5 и второго 8 коммутаторов нагрузки, а также однополюсных реле 16 нагрузочных контуров. В этом случае контакты реле разомкнутся и все элементы вернутся в исходное состояние.
Из приведенного описания работы предлагаемого стенда для испытания источников электроэнергии видно, что в нем обеспечивается возможность ступенчатого изменения (увеличения и уменьшения) величины нагрузки от минимально возможной до максимальной нагрузки и ее характера (линейной и нелинейной).
Технико-экономическая эффективность от предлагаемого стенда для испытания источников электроэнергии заключается в обеспечении возможности испытания источников электроэнергии в различных режимах как с линейной, так и с нелинейной нагрузкой при одновременном повышении надежности и достоверности получаемых результатов при проведении испытаний различных ИЭЭ. При этом обеспечивается возможность длительной работы при ступенчатом изменении мощности нагрузки в широком диапазоне (от 10 до 100 процентов мощности ИЭЭ), регулирования соотношения между линейной и нелинейной частями нагрузки, изменения мощности нагрузки каждой фазы отдельно, ограничения пускового тока в соответствии с характеристиками подключаемых ИВЭП.
В результате проверки определяется допустимая величина нагрузки, при которой ИЭЭ надежно работает и его характеристики соответствуют паспортным данным.
Достоинством предлагаемого стенда является также модульное построение блока коммутации нагрузки, которое позволяет увеличивать количество исследуемых ИЭЭ путем включения в состав блока коммутации нагрузки третьего, четвертого и т.д. коммутаторов нагрузки, увеличивая тем самым количество подключаемых нагрузочных контуров, а также дистанционное управление подачей напряжения на обмотки управления соответствующих однополюсных реле с нормально разомкнутыми контактами для превращения нелинейной нагрузки в линейную и подключения соответствующей ступени нагрузки.
Повышение надежности работы предлагаемого стенда достигается за счет схемного построения и включения в состав каждого нагрузочного контура выпрямительного моста. При этом выход из строя одного выпрямительного моста не приводит к отказу в работе всего стенда, что подтверждено результатами проверки работоспособности изготовленного опытного образца стенда для испытания различных источников электроэнергии. При этом в предлагаемом стенде обеспечивается дистанционное управление изменением нагрузки с помощью пульта управления, а время коммутации при дискретном изменении потребляемой мощности составляет величину не более 0,2 с.
Достоинством предлагаемого стенда является и то, что использование его в качестве имитатора для испытания источников электроэнергии позволяет на практике экспериментальным путем определить допустимое значение мощности нелинейной нагрузки, при котором коэффициент искажения формы кривой напряжения конкретного ИЭЭ не превышает допустимого нормативными документами значения. Это дает возможность исключить необходимость проведения испытания ИЭЭ на устойчивость работы на нелинейную нагрузку реальных ИВЭП (ИБП) и подключенной к ним аппаратуры, которое сопряжено с риском выхода их из строя. При этом следует отметить, что стоимость ИВЭП (ИБП) и подключенной к ним аппаратуры в большинстве случаев значительно (иногда в десятки и сотни раз) превышает стоимость испытываемого ИЭЭ. Этим достигается также сокращение эксплуатационных расходов на проведение испытаний разрабатываемых ИВЭП (ИБП).
Источники информации
1. Конев Ю.И. Корректоры коэффициента мощности. В сб. «Электропитание», №1, 1991.
2. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Справочник. / Г.С.Найвельт, К.Б.Мазель, Ч.И.Хусаинов и др.; Под ред. Г.С.Найвельта. - М.: Радио и связь, 1985.
3. SU, авторское свидетельство №609194, кл. Н02М 9/04, 1978.
4. SU, авторское свидетельство №1334328, кл. Н02М 9/04, 1987.
5. RU, патент №2277248, кл. Н02М 9/04, 2006.