ГЕНЕРАТОР ДИНАМИЧЕСКИХ ПРЕРЫВАНИЙ НАПРЯЖЕНИЯ

Полезная модель относится к электроэнергетике и может быть использована для проведения испытаний на устойчивость к динамическим прерываниям питающего напряжения электротехнических, электронных, радиоэлектронных устройств как отдельно, так и при объединении выше перечисленных устройств в одну техническую систему.
Известно изобретение «Генератор помех в сети переменного тока» по патенту РФ №1825270, принимаемый нами за прототип. Этот генератор включает в себя инвертор напряжения, первый вход которого соединен с первым выходом источника постоянного тока, а также первый триггер, делитель и первый ключ. Кроме того, инвертор напряжения содержит трансформатор с первичной и вторичной обмотками. При этом первый вывод первичной обмотки трансформатора соединен с катодом первого диода и первым силовым выводом второго ключа, второй силовой ввод которого соединен с анодом первого диода, анодом второго диода и первым силовым выводом третьего ключа. Второй силовой вывод третьего ключа соединен с вторым выводом первичной обмотки трансформатора, а первый вход инвертора напряжения соединен со средней точкой первичной обмотки трансформатора. Так же в генератор введены последовательно соединенные первый инвертор, второй инвертор, третий инвертор и первый элемент И, а также второй элемент И, второй триггер, переключатель, резистор, третий диод, дополнительный трансформатор и четвертый ключ. Причем с источником питающего напряжения через четвертый ключ соединена первичная обмотка дополнительного трансформатора, вторичная обмотка которого соединена первым выводом с общей шиной и через резистор со своим вторым выводом, который через третий диод соединен с входом первого триггера и подвижным контактом переключателя, первый и второй, неподвижный контакт которого соединены соответственно с входом и выходом первого инвертора. Выход второго инвертора соединен с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с вторым входом первого элемента И и прямым выходом второго триггера. При этом выход первого триггера через делитель соединен с прямым входом второго триггера, инверсный вход которого через первый ключ соединен с общей шиной, а второй выходисточника постоянного тока соединен с анодами первого и второго диодов. Управляющие входы второго и третьего ключа соединены с выходом соответственно второго и первого элемента И, а также введена дополнительная обмотка трансформатора инвертора напряжения, выводы которой соединены друг с другом через последовательно и встречно включенные четвертый и пятый диоды. Средняя точка этой обмотки соединена с общей шиной, вторым выходом источника постоянного тока и первым силовым выходом пятого ключа. Второй силовой выход и управляющий вход которого соединены соответственно с точкой соединений четвертого и пятого диодов и с инверсным выходом второго триггера, причем вторичная обмотка трансформатора инвертора напряжения включена последовательно в цепь источника питающего напряжения. Работа изобретения-прототипа формирование импульсов помех основана на суммировании выходного напряжения инвертора с питающим напряжением сети переменного тока и подаче результата на нагрузку. При суммировании осуществляется имитация выбросов питающего напряжения, при вычитании - его провалов.
Недостатками изобретения-прототипа являются:
- отсутствие возможности обеспечения длительности аппаратно выставляемого провала напряжения менее 1 периода, в то время как в соответствии с ГОСТ 51317.4.11-2007 «Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к провалам, кратковременным прерываниям и изменениям напряжения электропитания. Требования и методы испытаний» требуется обеспечивать провал напряжения длительностью, начиная от полупериода,
- необходимость модернизации всей схемы и замены практически всех элементов на более мощные для увеличения мощности генератора, так как выходная мощность прототипа ограничена мощностью выходного трансформатора и мощностью источника постоянного тока,
- ограниченность применения, так как прототип рассчитан на работу только с однофазной сетью напряжением в 220 вольт и не позволяет испытывать технические средства, питаемые от трехфазной сети, со значением напряжения до 10 кВ включительно.
- низкая точность определения длительности и глубины провала напряжения у прототипа, вызванная, в частности, электромагнитными помехами, возникающими при инжектировании в сеть электропитания.
Задачей заявляемой полезной модели является создание устройства, лишенного вышеуказанные недостатки прототипа.
Поставленная задача решена путем создания устройства, в котором использованы тиристоры для создания динамических прерываний напряжения на строго определенный промежуток времени, устанавливаемый блоком управления и счетчиком импульсов.
Заявляемый в качестве полезной модели генератор динамических прерываний напряжения включает в себя понижающий трансформатор и тиристорный коммутатор с возможностью подключения их к питающей сети, а так же последовательно соединенные с понижающим трансформатором блок синхронизации с питающей сетью, счетчик импульсов, блок управления, блокинг-генератор и тиристорный коммутатор. При этом блок управления имеет обратную связь со счетчиком импульсов. Кроме того, понижающий трансформатор параллельно соединен с блоком питания, который так же подключен к блокинг-генератору. И, наконец, тиристорный коммутатор выполнен с возможностью его подключения к испытываемому устройству.
При этом тиристорный коммутатор состоит, по крайней мере, из двух встречно-параллельно включенных тиристоров, каждый из которых пропускает полупериоды синусоиды напряжения определенной полярности. Количество этих пар зависит от числа фаз исследуемого устройства. Для однофазного устройства тиристорный коммутатор содержит одну пару ключей, которая включается в фазу или ноль питающей сети. Для трехфазной сети необходимо, как минимум, две пары ключей, если исследуемым устройством является трехфазная электрическая машина, и три пары, если прерыватель устанавливается в сеть, от которой могут питаться как однофазные, так и трехфазные устройства. Мощность используемых тиристоров выбирается в зависимости от мощности исследуемого устройства. Если возникает необходимость исследования особо мощных устройств при повышенных напряжениях питания, то необходимо использовать несколько тиристоров, соединенных последовательно в каждой из фаз. Количество тиристоров определяется токами, потребляемыми исследуемым устройством.
Блок синхронизации выполнен с возможностью подключения к питающей сети через понижающий трансформатор, к вторичной обмотке которого через диодный мост (например, UD (КЦ 407 А) подключен оптрон (например, DD1 (AOT 127Б). Частота перехода транзистора оптрона в проводящее или закрытое состояние зависит от частоты испускания световых импульсов светодиодом. Например, частота испускания импульсов светодиодом DD1 равна 100 Гц. Для усиления сигнала от оптрона может использоваться высокочастотный транзистор (например, VT1 (KT 3107).
В счетчике импульсов с достаточной для испытаний точностью установки интервала времени прерывания питания в качестве единицы измерения может использоваться полупериод колебания напряжения в питающей сети. При этом выполненный на базе интегральных микросхем счетчик импульсов может обеспечивать счет от одного до 9999 импульсов, что при частоте импульсов в 100 Гц позволяет устанавливать выдержку времени от 0,01 до 99,99 сек.
Блокинг-генератор используется в качестве генератора управляющих сигналов полупроводниковых ключей тиристорного коммутатора, и кроме того, обеспечивает гальваническую развязку цепей управления ключами от питающей сети. В качестве блокинг-генератора может использоваться двухтактный преобразователь постоянного напряжения, состоящий из двух транзисторов, включенных по схеме с общим эмиттером, и трансформатора, имеющего коллекторную, базовую и выходную обмотки.
Работает заявляемый генератор динамических прерываний напряжения следующим образом.
К питающей сети через тиристорный коммутатор, установленный в фазе, подключается исследуемое устройство. При этом на управляющие электроды тиристорных ключей в исходном положении подается выпрямленное напряжение от блокинг-генератора, вследствие чего тиристорные ключи открыты и испытываемое устройство подключено к питающей сети и работает в штатном режиме. Затем на блоке управления выставляется количество полупериодов колебания напряжения питающей сети, которое составляет период прерывания питающего напряжения. После этого вручную, воздействием на ключ управления, запускается блок управления. Он отключает минус питания блокинг-генератора, в результате чего с управляющих электродов тиристорных ключей снимается сигнал. Тиристорные ключи закрываются при ближайшем переходе синусоиды через ноль (условие естественной коммутации) и отключают питание исследуемого устройства. При этом счетчик импульсов отсчитывает предварительно заданное количество полупериодов и по окончании счета выдает сигнал на блок управления, который запускает блокинг-генератор, при активации которого подается напряжение на управляющие электроды тиристорных ключей тиристорного коммутатора, в результате чего они открываются и исследуемое устройство подключается к питающей сети.
Опытная проверка работоспособности заявляемого в качестве полезной модели генератора динамических прерываний напряжения подтвердила, что при его использовании возможно:
- проведение испытаний исследуемого устройства с обеспечением длительности аппаратно выставляемого прерывания напряжения менее 1 периода, установленной ГОСТ 51317.4.11-2007 «Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к провалам, кратковременным прерываниям и изменениям напряжения электропитания. Требования и методы испытаний» - увеличения мощности генератора путем замены на более мощные тиристоров ТК или установки нескольких мало мощных тиристоров, соединенных последовательно в каждой из фаз, без модернизации всей схемы и без замены практически всех элементов на более мощные,
- испытывать в том числе и мощные устройства, питаемые не только от однофазной, но и от трехфазной сети, со значением напряжения по крайней мере до 10 кВ включительно,
- повысить точность определения длительности прерывания напряжения за счет исключения электромагнитных помех.
Результаты опытной проверки позволяют рекомендовать заявляемый в качестве полезной модели генератор динамических прерываний напряжения для практического применения.