ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ЗАРЯДНО-ПОДЗАРЯДНЫЙ

Полезная модель относится к области электроэнергетики и может быть использована как источник бесперебойного питания для гарантированного питания цепей постоянного оперативного тока подстанций, устройств релейной и микропроцессорной автоматики подстанций, заряда и подзаряда аккумуляторных батарей.
Известно устройство для питания цепей постоянного оперативного тока подстанций (патент РФ на изобретение №2052212, G05F 1/46, H02H 7/125, 11.12.1992).
Устройство содержит входной трехфазный трансформатор, диод, три резистора, шесть тиристоров, блок управления с шестью входами и тремя выходами, первый и второй выходные зажимы устройства, блок защиты от повышения напряжений с двумя входами и семью выходами. Дополнительно введена вторая трехфазная обмотка в упомянутом входном трансформаторе, трехфазный выпрямительный мост и блок сигнализации несимметрии напряжения с двумя входами.
Недостатком известного решения является то, что устройство содержит входной трехфазный трансформатор, что значительно увеличивает габариты и вес устройства, а управляемый выпрямитель построен на тиристорах, что дополнительно приводит повышенной помехоэмиссии устройства.
Известен стабилизирующий преобразователь переменного трехфазного напряжения в постоянное (патент РФ на полезную модель №63134 H02M 7/219, 26.10.2006). Полезная модель относится к устройствам для преобразования энергии переменного тока на входе в энергию постоянного тока на выходе с промежуточными преобразованиями в постоянный и переменный ток. Стабилизирующий преобразователь содержит: последовательно включенные радиочастотный фильтр и входной выпрямитель, блок измерения и защиты входной цепи, емкостной фильтр, транзисторный высокочастотный инвертор, высокочастотный понижающий трансформатор, выходной выпрямитель, LC-фильтр и выходной блок измерения и защиты. Имеется также блок управления, входы которого соединены с потенциальным и токовыми измерительным выходом выходного блока измерения и защиты, а выходы - с управляющими входами инвертора и коммутирующими входами блока измерения и защиты выходного.
Недостатком известного преобразователя является отсутствие возможности быстродействующего подавления пульсаций и стабилизации выходного напряжения. Кроме того в известном преобразователе отсутствует контур регулировки по температуре инвертора и температуре аккумуляторной батареи, а так же контроль изоляции цепей постоянного тока. Указанные факторы снижают надежность снабжения потребителя постоянным током.
Технической задачей полезной модели является повышение стабильности выходного напряжения при изменении тока нагрузки, повышение надежности электропитания потребителя, обеспечение возможность корректировки тока заряда и напряжения подзарядки в зависимости от температуры аккумуляторной батареи.
Указанная цель достигается тем, что преобразователь напряжения зарядно-подзарядный, содержащий трехфазный выпрямитель, сглаживающий LC-фильтр, инвертор, высокочастотный трансформатор, выходной высокочастотный выпрямитель и выходной фильтр, дополнительно содержит многоконтурную систему управления, которая включает в себя контур управление по току выходного дросселя силового преобразователя, контур управления по напряжению на нагрузке, контур управления по температуре силовых модулей инвертора и температуре аккумуляторной батареи.
Кроме того преобразователь напряжения зарядно-подзарядный дополнительно содержит устройство контроля сопротивления изоляции цепей постоянного тока по отношению к корпусу.
Полезная модель поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена структурная схема преобразователя напряжения зарядно-подзарядного.
Сетевое напряжение через автоматический выключатель 1 поступает в силовой блок 2. Силовой блок включает в себя неуправляемый трехфазный выпрямитель питающей сети 3, с выхода которого напряжение через сглаживающий LC-фильтр 4, подается для питания инвертора 5. Инвертор выполнен по мостовой или полумостовой схеме на основе IGBT-модулей и нагружен на первичную обмотку высокочастотного трансформатора 6. С вторичной обмотки трансформатора напряжение подается на выходной высокочастотный выпрямитель 7, сглаживается выходным LC-фильтром 8 и поступает на выход преобразователя. Через автоматический выключатель 9 постоянное напряжение подается на нагрузку, а через автоматический выключатель 10 на аккумуляторную батарею (АБ).
В силовой блок встроен драйвер управления силовыми транзисторами IGBT-модулей, который выполняет функции формирования сигналов управления транзисторами, контроль тока и аппаратную защиту транзисторов, формирование сигнала токовой защиты, контроль температуры кристалла транзистора и температурную защиту. Сигналы управления и защиты гальванически развязаны от системы управления 11.
Конструктивно силовой блок выполнен в виде моноблока, на котором размещены все элементы схемы, за исключением дросселей, сглаживающих фильтров и трансформатора, конструктивно объединенными в трансформаторно-реакторный блок. На охладителе силового блока установлены вентиляторы с регулируемой производительностью. Включение и изменение режима работы вентиляторов осуществляется сигналами системы управления, в зависимости от температуры охладителя.
Управление режимами работы преобразователя осуществляется системой управления 11.
Система управления 11 состоит из следующих функциональных узлов: цифровая система управления 12, аналоговый ШИМ-контроллер 13 в составе платы датчиков 14, плата измерения сопротивления изоляции 15, дисплей и клавиатура 16.
Алгоритм, программа работы, заданные параметры и протокол аварийных ситуаций преобразователя содержатся в энергонезависимой памяти микроконтроллера цифровой системы управления 12.
Обмен данными между функциональными узлами системы управления осуществляется через последовательный интерфейс связи. Кроме того, цифровая система управления 12 производит контроль сигналов аварии с IGBT-модулей силового блока, контроль температуры t охладителя с выдачей сигнала управления вентиляторами, контроль температуры АБ taб, протоколирование во внутренней энергонезависимой памяти изменений состояния преобразователя. Управление работой силовых транзисторов осуществляет аналоговый ШИМ-контроллер 13.
Работа многоконтурной системы управления происходит следующим образом.
зад.
зад.
Сигналы с датчика выходного тока 17 (I) и датчика напряжения 18 (U) поступают на плату датчиков 14 и, после преобразования уровней, далее в аналоговый ШИМ-контроллер 13 и в цифровую систему управления 12. Сигналы обратной связи, поступающие в аналоговый ШИМ-контроллер 13, образуют, так называемый, аналоговый (быстрый) контур управления. Этот контур осуществляет основную стабилизацию выходного напряжения и ограничение выходного тока, обеспечивает подавление пульсаций напряжения питающей сети, компенсацию колебаний входного напряжения и изменения сопротивления нагрузки. Установка датчика тока 17 до выходного дросселя LC-фильтра 8 и датчика напряжения 18 после фильтра 8 позволяет осуществлять эффективное подавление пульсаций напряжения на выходе преобразователя. Сигналы обратной связи и с датчика тока 17 (I) и датчика тока АБ 19 (Iaб) соответственно оцифровываются и поступают в цифровую систему управления 12, образуют, так называемый, цифровой (медленный) контур управления. Этот контур, за счет коррекции управляющих сигналов ШИМ-контроллера, обеспечивает точностные характеристики преобразователя, осуществляет подстройку выходного напряжения и тока в соответствии заданными значениями U и I соответственно. Так же в цифровую систему управления 12 поступают сигналы о температуре силового блока t и аккумуляторной батареи taб, образующие контур управления для компенсации тепловых дрейфов, вызванных разогревом элементов схем и изменением температуры окружающей среды. Кроме того, в цифровую систему управления 12 поступают сигналы с устройств защит о неисправностях блоков и модулей преобразователя.
Преобразователь напряжения имеет возможность подключения к системе управления верхнего уровня по каналу RS-485 по протоколу ModBus RTU и обеспечивает дистанционное управление, контроль текущего состояния и считывание протокола состояний преобразователя.
По командам, поступающим с клавиатуры, система управления осуществляет включение, выключение, настройку параметров преобразователя, а также выдает на дисплей информацию о текущем состоянии преобразователя и аварийных ситуациях. В случае возникновения аварийной ситуации - пропадании или понижения/повышения входного напряжения ниже/выше допустимого, перегрева преобразователя, заряд аккумуляторной батареи выше допустимого значения формируется сигнал «Авария» и преобразователь выключается, а при восстановлении напряжения питающей сети автоматически включается с сохранением заданного режима работы - режим автоматического повторного включения.
Преобразователь также сигнализирует о нарушении изоляции сети потребителя, если сопротивление изоляции меньше заданного значения. Измерение сопротивления изоляции производится в плате 15.
Наличие вышеуказанных видов сигнализации позволяет повысить надежность электропитания нагрузки путем своевременного устранения выявленных неисправностей.
Для защиты преобразователя от перенапряжений по входу к входным цепям подключена схема защиты от перенапряжения 20.
Преобразователи напряжения зарядно-подзарядные могут объединяться параллельно по выходу и работать на одну нагрузку и/или аккумуляторную батарею с целью резервирования или увеличения суммарного выходного тока. При этом преобразователи могут работать одновременно или поочередно по задаваемому оператором циклу.
Преобразователь обеспечивает следующие режимы работы:
Ручное управление - для питания нагрузок сети оперативного тока и подзаряда аккумуляторных батарей, включенных в буферном режиме с нагрузкой;
Автоматические методы заряда:
Метод U - для заряда и подзаряда аккумуляторных батарей в буферном режиме с нагрузкой;
Метод IU, Метод IUI - автоматические методы для ускоренного заряда АБ и дальнейшего подзаряда;
Выравнивающий заряд - применяется для восстановления аккумуляторных батарей после глубокого разряда.
Таким образом, полезная модель характеризуется повышенной стабильностью выходного напряжения при изменении тока нагрузки, надежностью электропитания потребителя, возможностью корректировки тока заряда и подзарядного напряжения, в зависимости от температуры аккумуляторной батареи.