ИМИТАТОР ПИТАЮЩЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ (ИПЭС)
SUPPLY MAINS SIMULATOR (SMS)

Область техники
Предлагаемое изобретение относится к области электрических испытаний, а более конкретно к испытаниям оборудования при имитации отклонений параметров качества электроэнергии.
Уровень техники
На данный момент в уровне техники широко представлены испытательные комплексы, позволяющие проводить тестирование оборудования на восприимчивость к перепадам напряжения и помехам, возникающим в сетях электропитания.
Так, известен имитатор провалов напряжения сети (RU 2028642 С1, 09.02.1995), позволяющий проводить испытания бортовой радионавигационной аппаратуры.
Недостатками указанного имитатора являются узкое функциональное назначение без возможности его расширения для применения с другим типом аппаратуры, а также низкая информативность результатов проведенных испытаний.
Также известен комплекс имитации нестабильности напряжения постоянного тока (RU 2277713 С1, 10.06.2006), предназначенный для испытания авиационной электронной аппаратуры.
Указанный комплекс имеет тот же недостаток в виде недостаточной функциональности, поскольку не предназначен для испытания аппаратуры, рассчитанной на применение в сетях переменного тока.
В качестве наиболее близкого аналога предлагаемого изобретения выбран имитатор питающей электрической сети (журнал «Современная электроника», 2010, №4, с. 52-53), содержащий: источник постоянного тока, источник переменного тока, генератор импульсных помех, коммутационный блок, измерительный блок, блок управления. В решении, взятом за прототип, источники постоянного и переменного тока являются программируемыми преобразователями электроэнергии, поступающей на их входы. Выходные сигналы указанных источников, а также выходной сигнал генератора импульсных помех поступают на вход коммутационного блока. По команде из блока управления требуемый сигнал подается на вход испытуемого оборудования, при этом измерительный блок выполнен с возможностью измерения характеристик сигналов, поступающих с выхода коммутационного блока.
В качестве недостатков наиболее близкого аналога можно отметить отсутствие возможности проведения комплексной проверки различных типов оборудования на одном стенде, отсутствие возможности проведения параллельных испытаний, недостаточные гибкость и оперативность изменения режимов работы оборудования при проведении испытаний.
Задачей настоящего изобретения является как преодоление указанных недостатков уровня техники, так и обеспечение реализации дополнительных технических результатов, возможность достижения которых будет очевидной для специалиста при ознакомлении с нижеследующими разделами изобретения.
Раскрытие изобретения
Для достижения указанных выше, а также иных раскрытых далее технических результатов предлагается имитатор питающей электрической сети (ИПЭС), содержащий: по меньшей мере один программируемый источник постоянного тока, по меньшей мере один программируемый источник переменного тока, генератор импульсных помех, коммутационный блок, по меньшей мере один измерительный блок, блок управления, при этом указанные источники постоянного и переменного тока выполнены с возможностью преобразования поступающей на их входы электроэнергии в выходные токи с заранее заданными параметрами, при этом выходы указанных источников тока и генератора импульсных помех связаны с входами коммутационного блока, выходы которого выполнены с возможностью связи с соответствующими входами по меньшей мере одного испытуемого устройства и по меньшей мере с одним измерительным блоком, отличающийся тем, что в него дополнительно введены: локальная вычислительная сеть (ЛВС), сетевой коммутатор, сервер обработки данных, устройство контроля изоляции, пульты дистанционного управления (ПДУ), по меньшей мере один контроллер сбора данных, сервер точного времени, связанный с антенной GPS/ГЛОНАСС, при этом блок управления выполнен в виде автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора, а АРМ оператора, сервер обработки данных, ПДУ, контроллер сбора данных, сервер точного времени, входы указанных источников тока и генератора импульсных помех связаны посредством ЛВС через сетевой коммутатор, устройство контроля изоляции связано с по меньшей мере одним контроллером сбора данных и выполнено с возможностью измерения сопротивления изоляции цепей имитатора, по меньшей мере один измерительный блок выполнен с возможностью измерять характеристики сигнала на выходе коммутационного блока и связан с контроллером сбора данных, а ПДУ и АРМ оператора дополнительно выполнены с возможностью передачи информации по сети громкоговорящей связи.
Представленные выше отличительные признаки предложенного изобретения направлены на достижение технических результатов, заключающихся в обеспечении возможности проведения комплексной проверки различных типов оборудования на одном стенде, возможности проведения параллельных испытаний, повышения гибкости и оперативности изменения режимов работы оборудования при проведении испытаний. Кроме того, предложенное изобретение позволяет обеспечить минимальное запаздывание преобразования электроэнергии с момента передачи соответствующей команды, а также обеспечить визуализацию измерений и результатов испытаний в режиме реального времени. В результате также обеспечивается существенное сокращение количества отказов оборудования в процессе эксплуатации за счет выявления на стадии заводских испытаний оборудования, содержащего неустойчивые по питанию элементы.
Более подробное пояснение сущности предложенного изобретения и обоснование возможности достижения указанных технических результатов приводится в нижеследующем разделе описания.
Осуществление изобретения
В предпочтительном варианте осуществления ИПЭС представляет собой аппаратно-программный комплекс по проведению испытаний и может использоваться в качестве испытательного стенда для аппаратуры и/или электросети на предприятиях, обеспечивая выбраковку и глубокие заводские испытания оборудования, ремонт которого во время эксплуатации затруднителен или сопряжен со значительными расходами.
ИПЭС в своем составе содержит несколько основных функциональных подсистем.
Подсистема электропитания включает последовательно и/или параллельно подключенные преобразователи электропитания и генератор импульсных перенапряжений. Указанные устройства выполнены с возможностью программирования их функционирования. В частности, программирование может быть осуществлено посредством команд, отправляемых с АРМ оператора и/или ПДУ через локальную сеть, сетевой коммутатор и контроллер сбора данных на соответствующие предназначенные для этого входы указанных устройств. В преимущественном варианте осуществления сетевой коммутатор представляет собой коммутатор Ethernet.
Коммутационная подсистема (блок) включает коммутационные аппараты (автоматические выключатели, контакторы, реле), обеспечивающие соединение устройств ИПЭС между собой и изменение электрической схемы ИПЭС при необходимости (включение и отключение оборудования и блоков оборудования).
Подсистема связи обеспечивает взаимодействие функциональных подсистем ИПЭС по цифровым каналам передачи данных, в том числе передачу значений параметров электроэнергии от подсистемы мониторинга (измерения) параметров преобразования электроэнергии и команд на выполнение преобразования электроэнергии.
Подсистема обработки данных включает сервер обработки данных, ответственный за прием, преобразование и передачу данных между остальными подсистемами.
Подсистема ввода/вывода включает контроллер (сбора данных), который выполняет задачи сбора данных от устройств ИПЭС и передачи команд управления на дистанционно управляемые устройства (например, такие, как программируемые источники постоянного тока, программируемые источники переменного тока, генераторы импульсных помех).
Подсистема мониторинга (измерения) выполняет задачу измерения электрических параметров в ИПЭС.
Подсистема пользовательского интерфейса предоставляет человеко-машинный интерфейс пользователю(ям) ИПЭС для отображения измеренных значений и выдачи команд на коммутационные аппараты и преобразователи электроэнергии.
Оборудование, предпочтительно, размещается в шкафах напольного и навесного исполнения. Силовое, измерительное, коммутационное оборудование размещается в напольных шкафах, оснащенных системой вентиляции. Телекоммуникационное, оборудование сбора и обработки данных, оборудование точного времени размещено в навесном шкафу. Пульты дистанционного управления представляют собой комплектные изделия и выполнены на базе навесных шкафов. В каждом пульте дистанционного управления предусмотрена станция громкоговорящей связи для переговоров пользователей при проведении параллельных испытаний.
Кабельные соединения между шкафами выполнены в коробах и лотках. Кабельные соединения внутри шкафов выполнены с применением клеммных соединений.
Следует отметить, что указанные выше варианты размещения оборудования приведены лишь в иллюстративных целях и не служат для ограничения объема охраны предложенного изобретения.
Для специалиста будет очевидно, что указанные средства и интерфейсы могут быть выполнены для взаимодействия в соответствии с известными из уровня техники способами. Например, пульты дистанционного управления и АРМ оператора могут быть выполнены для функционирования в соответствии с беспроводными стандартами связи и в таком случае могут представлять собой мобильные устройства. Или же функционал предложенных ПДУ и АРМ может быть выполнен на программном уровне и может обеспечиваться при выполнении такой программы на известных аппаратных средствах.
ИПЭС функционирует по принципу обратной связи: по команде, введенной пользователем, оборудование ИПЭС формирует на выходных присоединениях электроэнергию с заданными пользователем параметрами.
С помощью сенсорной панели (оснащенной графическим интерфейсом) на пульте дистанционного управления пользователь выбирает один из режимов преобразования электроэнергии, задает параметры преобразования и выдает команду на начало преобразования электроэнергии. Указанные действия также могут быть выполнены посредством аналоговых манипуляторов (например, кнопок или манипулятора типа «джойстик»), расположенных на ПДУ.
Заданные параметры и команда по локальной сети в цифровом формате передаются на сервер обработки данных. Сервер обработки данных обрабатывает полученную информацию и по локальной сети передает команду и параметры преобразования на преобразователь электроэнергии в цифровом формате, поддерживаемом преобразователем. Преобразователь электроэнергии, получив команду и параметры, выполняет преобразование электроэнергии питающей сети, к которой от подключен, и передачу преобразованной электроэнергии на выходные присоединения.
Преобразование электроэнергии производится с высокой точностью (до 0,1 В) с минимальным запаздыванием (с момента выдачи команды пользователем), ограниченным скоростью передачи данных по цифровым каналам связи (например, до 100 Мбит/с).
В ходе отработки преобразователем электроэнергии команды пользователя выполняется замер тока и напряжения на выходных присоединениях. Измеренные значения по слаботочным электрическим связям передаются в аналоговом формате на контроллер, который преобразовывает полученные данные в цифровой формат и передает их по локальной сети на пульт дистанционного управления или АРМ оператора.
На ПДУ или АРМ оператора с помощью сенсорной панели (экрана) полученные данные визуализируются в режиме реального времени в виде графиков (трендов) измерений и численных значений.
При необходимости, пользователь может выполнить команду дистанционного включения/отключения коммутационных аппаратов на питающем присоединении, а также включить/отключить питание ИПЭС.
Дистанционное управление выполняется с помощью сенсорной панели ПДУ и/или аналоговых манипуляторов, расположенных на ПДУ. Введенная пользователем команда с ПДУ в цифровом виде передается на контроллер (сбора данных).
Контроллер преобразовывает команду в аналоговый формат и передает ее по слаботочным электрическим связям на соответствующий коммутационный аппарат (блок).
Коммутационный аппарат, получив команду, выполняет переключение. Текущее положение коммутационного аппарата (включен/отключен) циклически считывается контроллером по слаботочным электрическим связям. Считанное значение преобразовывается контроллером в цифровой формат и передается на ПДУ для визуализации на сенсорной панели.
Дополнительной функцией ИПЭС является возможность измерения сопротивления изоляции цепей самого ИПЭС. Данная функция позволяет увеличить безопасность эксплуатации комплекса за счет своевременной сигнализации о возможных утечках тока на корпусы оборудования ИПЭС.
В результате работы предложенного изобретения обеспечивается осуществление следующих технических возможностей:
1. Преобразование электроэнергии питающей сети переменного тока 380 В в электроэнергии постоянного или переменного тока в соответствии с заданными характеристиками, в том числе:
а) динамическое вариативное изменение напряжения в режиме реального времени в пределах от 0 до 500 В (постоянный ток) до 520 В (переменный ток);
б) мгновенные провалы напряжения с текущего уровня до 0;
в) генерация импульсных перенапряжений до 1000 В относительно текущего уровня напряжения длительностью от 1 мкс;
г) динамическое вариативное изменение частоты в режиме реального времени в пределах от 40 до 450 Гц (переменный ток).
2. Динамическое (в режиме реального времени) изменение параметров преобразования.
3. Преобразование электроэнергии в соответствии с предварительно сформированными профилями.
4. Возможность одновременного проведения нескольких сеансов преобразования электроэнергии без ухудшения выходных характеристик.
5. Обеспечение, для подключаемых потребителей, основного и резервного ввода с синхронно или селективно изменяемыми параметрами.
6. Мониторинг параметров электроэнергии питающей сети и выходных присоединений.
7. Удаленное управление выходными присоединениями и дистанционное задание параметров преобразования электроэнергии.
8. Регистрация событий, ведение журналов событий.
9. Измерение сопротивления изоляции в электрических цепях и сигнализация о нарушениях.
Для лучшего понимания сущности предложенного изобретения в материалах заявки приводится фиг. 1, на которой изображена общая схема ИПЭС.
На ссылочных позициях фиг. 1 представлены:
1 - преобразователи электроэнергии (программируемые источники постоянного тока и/или программируемые источники переменного тока).
2 - генератор импульсных помех.
3 - контроллер.
4 - устройство контроля изоляции.
5 - сервер.
6 - ПДУ.
7 - АРМ оператора.
8 - Ethernet-коммутатор.
9, 9.1 - система громкоговорящей связи.
10 - сервер точного времени с антенной.
На фиг. 1 также показаны соответствующие связи между перечисленными в вышеизложенном описании блоками, а в качестве измерительных блоков указаны датчики тока и датчики напряжения.
Приведенные выше сведения позволяют специалисту осуществить предложенное изобретение с использованием известных средств и методов, при этом рассмотренные существенные отличительные признаки обеспечивают достижение указанных выше технических результатов.
Источники информации
1. RU 2028642 C1, 09.02.1995.
2. RU 2277713 C1, 10.06.2006.
3. Журнал «Современная электроника», 2010, №4, с. 52-53.