ИМПУЛЬСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к вторичным источникам питания или преобразователям напряжения и предназначена для получения от сети 220 В напряжения необходимой величины и частоты. Заявленное решение может быть использовано в системах питания, в частности, питания авиационного и другого оборудования переменным однофазным напряжением 115В частотой 400Гц и/или трехфазным переменным напряжением 115/200 В частотой 400 Гц.
Электромеханические преобразователи, используемые для этих целей не выпускают маломощными. Они как правило питают целые помещения лабораторий. Их в начале рабочей смены запускают, и они работают до конца рабочего дня, не зависимо, подключены или нет потребители. Из-за меньшего КПД даже на холостом ходу они существенно потребляют электроэнергию и расходуют ресурс.
Известно устройство регулирования напряжения любого вида, содержащее входной выпрямитель и блок управления, имеющий в своем составе микроконтроллер и аналого-цифровой преобразователь, (патент №2231901 «Способ регулирования напряжения любого вида и устройство для его осуществления» 2002г. патентообладатель общество с ограниченной ответственностью «Специальное конструкторское бюро "Локальные автоматизированные системы" и др.) Данное решение выбрано в качестве прототипа.
Известное устройство регулирования напряжения при увеличении напряжения осуществляет преобразование выпрямленного входного напряжения в высокочастотное с равномерной широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), трансформацией, синхронно с входным напряжением выпрямлением, суммированием с входным напряжением и фильтрацией на выходе, а уменьшение входного напряжения осуществляется путем его модуляции равномерной ШИМ с последующей фильтрацией на выходе.
Недостатком известного решения является невозможность задания требуемых значений амплитуды и частоты выходного сигнала удаленно, т.е. невозможность автоматизации процесса регулирования и корректировки значений амплитуды и частоты путем сравнивания заданных и считанных на выходе. Кроме того, перед разработчиками стояла задача создания прибора рассчитанного на самолетное оборудование и радиооборудование, для которых существуют жесткие ограничения по качеству вырабатываемой энергии.
Задачей заявленного решения является расширение функциональных возможностей импульсного преобразователя напряжений, автоматизация процесса проверки оборудования и снижение эксплуатационных и временных затрат.
Поставленная задача решается за счет того, что в известном импульсном преобразователе напряжения, содержащем входной выпрямитель и блок управления, имеющий в своем составе микроконтроллер и аналого-цифровой преобразователь, блок управления дополнительно содержит коммуникационный порт, а выход выпрямителя через устройство плавного пуска подключен к входу источника питающих напряжений, выход которого подключен к входу ключевого усилителя мощности, который своим выходом подключен к входу нормализатора, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, который в свою очередь имеет связь с микроконтроллером, который своими управляющими выходами подключен к входам управления ключевого усилителя мощности и источника питающих напряжений, а через двунаправленную связь посредством коммуникационного порта подключен к персональному компьютеру. Кроме этого, импульсный преобразователь напряжения на выходе ключевого усилителя мощности содержит цепь измерения тока и напряжения, состоящую из нормализатора, подключенного к аналого-цифровому преобразователю, передающему вычисленные значения на микроконтроллер и через коммуникационный порт на персональный компьютер, а также дополнительно содержит сервисный источник питания внутренних схем.
Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого решения, выражается в том, что появляется возможность автоматизировать процесс проверки проверяемого оборудования на разных режимах, изменяя по командам с ПК частоту и значение питающего напряжение в широком диапазоне, а также настраивая параметры и условия защитного отключения. Это достигается благодаря тому, что в блоке управления предусмотрен коммуникационный порт и микроконтроллер, управляющий работой импульсного преобразователя напряжения, имеет систему команд для управления по этому интерфейсу, а на выходе ключевого усилителя мощности он содержит цепь измерения тока и напряжения, состоящую из нормализатора, подключенного к аналого-цифровому преобразователю, передающему вычисленные значения на микроконтроллер и через коммуникационный порт на персональный компьютер, в результате импульсный преобразователь напряжения измеряет параметры вырабатываемой электрической энергии - мгновенные значения вырабатываемого напряжения и тока, по измеренным параметрам определяет амплитуды и среднеквадратичные значения выходного напряжения и тока, значение частоты и пересылает их по цифровому интерфейсу для дальнейшей обработки или отображает на дисплее.
Заявленная совокупность признаков не известна заявителю из доступных источников информации.
На фиг. 1 изображена функциональная схема импульсного преобразователя напряжения.
Импульсный преобразователь напряжения содержит автомат защиты 1, предназначенный для защитного отключения входного напряжения при перегрузке; входной фильтр 2, который предотвращает попадание в первичную сеть 220 В 50 Гц импульсной помехи; выпрямитель 3; устройство плавного пуска 4; источник питающих напряжений (ИПН) 5, который преобразует переменное напряжение 220 В 50 Гц в постоянное двухполярное напряжение ±210 В для последующего преобразования; ключевой усилитель мощности (КУМ) 6, служащий для преобразования двухполярного напряжения ±210 В в сигнал с широтно-импульсной модуляцией и последующей фильтрации для получения на выходе напряжения 115 В 400 Гц; сервисный источник питания 7 внутренних схем постоянным напряжением 24 В; нормализатор 10, который стоит в цепи обратной связи и служит для предварительного преобразования параметров выходных цепей, характеризующих выходное напряжение и ток; персональный компьютер 11 и модуль управления 13, который состоит из:
а) микроконтроллера 14;
б) аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 9 для измерения параметров выходных цепей, характеризующих выходное напряжение и ток;
в) задающего генератора 8, который задаёт закон модуляции для КУМ, изменяя по команде микроконтроллера частоту и уровень генерируемого синусоидального напряжения;
г) коммутационного порт порта 12, для обмена данными с персональным компьютером.
Напряжение поступает на входной фильтр 2, который снижает уровень кондуктивных радиопомех, генерируемых устройством в точке его подключения к питающей сети 220 В/50 Гц. Напряжение после входного фильтра 2 поступает на сервисный источник питания 7, преобразующий напряжение 220 В/50 Гц в напряжение постоянного тока 24 В, используемое далее другими узлами устройства для питания. Одновременно напряжение сети после фильтра 2 поступает на выпрямитель 3, где оно преобразуется в постоянное напряжение +310 В, и далее на устройство плавного пуска 4, ограничивающего пусковые токи устройства, а с него на источник питающих напряжений (ИПН) 5, преобразующий выпрямленное напряжение +310 В в постоянное двухполярное напряжение ±210 В, которое поступает на вход ключевого усилителя мощности (КУМ) 6, служащего для преобразования двухполярного напряжения ±210В в сигнал с широтно-импульсной модуляцией с последующей фильтрацией для получения на выходе напряжения 115 В/400 Гц синусоидальной формы. Амплитуда и частота напряжения на выходе КУМ 6 определяется модулирующим сигналом, поступающим с генератора 8 модуля управления 13. Амплитуда и частота моделирующего сигнала задается через коммуникационный порт 12 при помощи специальных команд от персонального компьютера (ПК) 11, которые затем декодируются микроконтроллером 14 и преобразуются в сигналы управления генератором 8.
Для возможностей измерения выходного напряжения и тока (с выхода КУМ 6) модулем управления 13, в цепи обратной связи установлен нормализатор 10, сигналы с которого поступают на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 9. Далее коды значений тока и напряжения поступают в микроконтроллер 14, который передает их в ПК 11 через коммуникационный порт 12 при помощи специальных команд.
Импульсный преобразователь напряжения получает информацию о требуемых параметрах выходного напряжения либо по каналу цифровой связи через коммуникационный порт, либо с клавиатуры расположенной на лицевой панели. Полученная информация о заданных параметрах отображается на дисплее, расположенном на лицевой панели. В соответствии с полученной информацией импульсный преобразователь напряжения вырабатывает электрическую энергию. Импульсный преобразователь напряжения измеряет параметры вырабатываемой электрической энергии: мгновенные значения вырабатываемого напряжения и тока. По измеренным параметрам определяет амплитуды и среднеквадратичные значения выходного напряжения и тока, значение частоты. Измеренные выходные параметры пересылаются по цифровому интерфейсу для дальнейшей обработки или отображаются на дисплее. Импульсный преобразователь напряжения имеет возможность оперативного включения и отключения с помощью выключателя расположенного на лицевой панели устройства, а также имеет защиту по выходу от превышения током заданного значения, как мгновенного, так и среднеквадратичного, путем блокировки работы и снятия выходного напряжения. Пороги срабатывания защиты устанавливаются в зависимости от полученной информации, но не более максимально допустимых значений соответствующих параметров.
Импульсный преобразователь напряжения может быть выполнен в двух модификациях: однофазная - предназначена для питания и оборудования, в том числе авиационного приборного, переменным однофазным напряжением 115 В частотой 400 Гц; трехфазная - предназначена для питания оборудования, в том числе авиационного приборного, переменным однофазным напряжением 115 В частотой 400 Гц и/или трехфазным переменным напряжением 115/200 В частотой 400 Гц;
В результате реализации заявленного решения появляется возможность питать проверяемое авиационное и другое оборудование переменным однофазным напряжением 115 В частотой 400 Гц и/или трехфазным переменным напряжением 115/200 В частотой 400 Гц, а также автоматизировать процесс проверки проверяемого оборудования на разных режимах, изменяя по командам с ПК частоту и значение питающего напряжение в широком диапазоне, а также настраивая параметры и условия защитного отключения, что позволяет значительно сократить эксплуатационные затраты и время проверки объектов.
Заявленный импульсный преобразователь напряжения имеет небольшие габариты и соответствует ГОСТам и производственным нормативам на самолетное и вертолетное оборудование по качеству вырабатываемой электроэнергии, так, например, нестабильность частоты выходного напряжения составляет не более 1%.