СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ДЛЯ ЭЛЕКТРОИСПЫТАНИЙ ВТОРИЧНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ С ПОВЫШЕННЫМ КПД

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована при проектировании и производстве вторичных источников питания (ВИП).
Устройства электропитания используются на этапе проведении электроиспытаний ВИП, обеспечивая электроэнергией электропрогоны, электротермотренировки ВИП, что позволяет выявить потенциально ненадежные элементы и недостатки конструкции.
Наиболее близким по технической сущности и решаемой технической задаче является устройство электропитания для электроиспытаний ВИП, содержащее первичный источник питания (ПИП) 1, к выходу которого подключен проверяемый ВИП 2, нагруженный на активную нагрузку (АН) 3. Его функциональная схема показана на фиг. 1.
Общими признаками предлагаемого технического решения и прототипа являются первичный источник питания, выход которого предназначен для подключения проверяемого вторичного источника питания.
ВИП
При включении ПИП 1 на его выходе появляется напряжение, от которого запускается испытуемый ВИП 2. Уровень выходной мощности ВИП устанавливается величиной нагрузки АН 3. Если на нагрузке 3 выделяется мощность Рн, а ВИП 2 имеет коэффициент полезного действия η, то ПИП 1 должен обеспечивать ВИП 2 мощностью
ПИП1
Н
вип
Р=Р/η.
Вся мощность, вырабатываемая ПИП 1, выделяется на ВИП 2 и АН 3, причем основная ее часть - на нагрузке АН, что в ряде случаев требует ее специального охлаждения.
К недостаткам указанного технического решения относятся уменьшенный КПД устройства электропитания.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является увеличение КПД устройства электропитания.
Поставленная техническая задача решается тем, что предлагается устройство электропитания для электроиспытаний вторичных источников питания с повышенным КПД, содержащее первичный источник питания, выход которого предназначен для подключения проверяемого вторичного источника питания, причем в него введен преобразователь «ток-напряжение» (ПТН), вход которого предназначен для подключения выхода проверяемого вторичного источника питания, а выход подключен к выходу первичного источника питания.
Введение в устройства дополнительных элементов и неочевидных связей позволили значительно уменьшить выделение мощности на выходе ВИП, что увеличивает КПД устройства электропитания.
Заявитель не обнаружил технических решений, имеющих сходные признаки с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, а, следовательно, предлагаемое техническое решение обладает существенными отличиями.
Предлагаемое устройство изготавливается из стандартных узлов и элементов, которые серийно выпускаются промышленностью. Оно собирается типовыми монтажными операциями с помощью стандартного оборудования, что особенно важно при серийном производстве. Поэтому предлагаемое устройство удовлетворяет критерию промышленной применимости.
На фиг. 2 приведена функциональная схема устройства электропитания для электроиспытаний ВИП с повышенным КПД. Предлагаемое устройство электропитания содержит ПИП 1, проверяемый ВИП 2 и ПТН 4.
В предлагаемом устройстве электропитания для электроиспытаний вторичных источников питания с повышенным КПД выход ПИП 1 соединен с входом проверяемого ВИП 2 и с выходом ПТН 4. К выходу проверяемого ВИП 2 подключен вход ПТН 4.
Н
птн
Работа предлагаемого устройства электропитания для электроиспытаний вторичных источников питания с повышенным КПД происходит следующим образом. При включении ПИП 1 на вход проверяемого ВИП 2 поступает напряжение и он включается. На выходе ВИП 2 также появляется напряжение, от которого включается ПТН 4, настроенный таким образом, что по входу он потребляет такой же ток, что и активная нагрузка 3 в прототипе. Таким образом, с выхода проверяемого ВИП 2 потребляется мощность Р и он работает в таком же режиме, как и в прототипе. ПТН 4 преобразует выходной ток проверяемого ВИП 2 в напряжение такого же рода и уровня, как и выходное напряжение ПИП 1 с КПД η.
вых.птн
Вых.пип
Таким образом, во время работы устройства электропитания на выходе ПТН 4 вырабатывается напряжение U=U с выходной мощностью
птн
вых.вип
птн
Н
птн
Р=Р×η=Р×η.
Но в отличие от прототипа эта мощность не рассеивается на активной нагрузке, а подается на вход ВИП 2. В результате мощность, потребляемая от ПИП 1 узлом «проверяемый ВИП 2 - ПТН 4» в предлагаемом устройстве электропитания уменьшается и составляет
пип2
Н
вип
Н
птн
Н
вип
птн
вип
Р=Р/η-Р×η=Р×(1-η×η)/η
Для сравнения обеих систем электропитания введем коэффициент эффективности Кэ, равный отношению мощностей, потребляемых проверяемым ВИП 2 от ПИП 1 для прототипа и предлагаемой системы электропитания:
пип1
пип2
вип
птн
Кэ=Р/Р=1/(1-η×η).
вип
птн
Из выражения Кэ видно, что эффективность предлагаемого устройства электропитания тем выше, чем выше КПД ВИП 2 и ПТН 4. Так, например, при η=η=0,8 Кэ=2,77. Это означает, что для электроиспытаний проверяемого ВИП 2 в установившемся режиме (например, электропрогон при номинальной выходной мощности) от ПИП 1 потребляется мощность в 2,77 раза меньше, чем у прототипа!
вых
Вых
вип
птн
Вых
вх.птн
рас.птн
H
птн
Для опробования предлагаемого устройства электропитания выбран ПИП с постоянным выходным напряжением U=27 В, проверяемый ВИП типа МДМ120-1В12МУ [1] выходной мощностью 120 Вт с выходным напряжением 12 В, номинальным выходным током I=10 А и КПД η=0,84. В качестве ПТН использовался повышающий импульсный преобразователь с КПД η=0,87. ПТН настроен на выходное напряжение U=30 В и максимальный средний входной ток I=10 А. Во время электропрогона ВИП на максимальной мощности потребляемая от ПИП мощность составила 38,5 Вт, а в прототипе - 143 Вт. КПД устройства электропитания по сравнению с прототипом значительно увеличился, причем собственно в ПТН рассеивается мощность Р=Р×(1-η)=15,6 Вт, что не требует специальных мер по охлаждению последнего.
Источники, используемые при написании заявки.
1. Справочный лист на модуль питания МДМ120-В12МУ на сайте WWW.AEIP.RU предприятия-производителя «Александер Электрик источники электропитания».