Устройство для испытания источников электропитания постоянного тока

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может использоваться для испытания систем электроснабжения, в частности при наземных испытаниях высокомощных источников электропитания постоянного тока, входящих в состав бортовых систем космических аппаратов. Сущность: устройство содержит первичный источник электроэнергии, входы которого подключены к первичной электросети, клеммы для подключения входов испытываемого источника электропитания, клеммы для подключения выходов положительной и отрицательной полярностей испытываемого источника электропитания и первый измеритель тока, присоединенный к клемме подключения выхода положительной полярности испытываемого источника электропитания. Устройство дополнительно включает регулируемый источник постоянного напряжения, перестраиваемый по частоте генератор последовательностей тактовых сигналов, второй измеритель тока, первый и второй измерители напряжения, первый и второй однофазные трансформаторы, двухфазный трансформатор, первый, второй, третий и четвертый коммутаторы, каждый из которых содержит первый и второй оптоэлектронные ключи. Технический результат - снижение потерь в тракте обратной передачи электроэнергии с выхода испытываемого источника электропитания на его вход при одновременном упрощении конструкции устройства, обеспечение проверки функционирования испытываемых источников в заданном диапазоне частот входного напряжения, измерение энергетических потерь в испытываемых источниках и определение их энергетического КПД. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может использоваться для испытания систем электроснабжения, в частности, при наземных испытаниях высокомощных источников электропитания постоянного тока, входящих в состав бортовых систем космических аппаратов.

При проведении испытаний высокомощных источников электропитания проверяется, в том числе, величина максимальной электрической мощности, которую они способны отдавать потребителям. В этом случае становятся актуальными вопросы энергообеспечения испытуемых систем от первичного источника и проблемы утилизации мощности, получаемой от испытываемых объектов.

При небольших уровнях выходной мощности испытываемых источников электропитания получаемая электроэнергия может быть преобразована в тепло. При возрастании мощности источников свыше десятков киловатт такой способ утилизации мощности электроэнергии становится труднореализуемым.

Из уровня техники известно устройство для испытания источников электропитания постоянного тока (см. патент РФ №75755, МПК G01R 31/02, G01R 31/40) с рекуперацией потребляемой электроэнергии в промышленную сеть. При этом требуется согласование выходного напряжения устройства и напряжения промышленной сети, что приводит к усложнению устройства, ухудшению его массогабаритных характеристик и снижению коэффициента использования электроэнергии.

В качестве прототипа заявляемого устройства выбрано известное из уровня техники устройство для испытания вторичных источников электропитания постоянного тока (см. патент РФ №129263, МПК G01R 31/40), основанное на принципе возврата электроэнергии с выхода испытываемого источника на его вход, содержащее первичный источник электроэнергии, входы которого подключены к первичной электросети, измеритель тока, включенный в выходную цепь положительной полярности испытываемого источника электропитания, усилитель-сумматор, источник опорного напряжения, импульсный преобразователь напряжения и развязывающие диоды.

Недостатками этого устройства являются его техническая сложность, снижение коэффициента использования электроэнергии, особенно, при больших выходных мощностях и сравнительно невысоких значениях выходных напряжений испытываемых источников электропитания, отсутствие возможности определения величины энергетических потерь в испытываемых устройствах и их к.п.д., а также проверки их функционирования в заданных диапазонах параметров входного напряжения.

Техническая проблема, на разрешение которой направлено изобретение, заключается в создании устройства для испытания источников электропитания постоянного тока, обладающего расширенным арсеналом функциональных возможностей и высоким уровнем энергоэффективности испытаний высокомощных источников электропитания постоянного тока при одновременном упрощении конструкции устройства.

Технический результат, достигаемый при решении технической проблемы, заключается в снижении потерь в тракте обратной передачи электроэнергии с выхода испытываемого источника электропитания на его вход при одновременном упрощении конструкции устройства. Кроме того, устройство обеспечивает проверку функционирования испытываемых источников электропитания в заданном диапазоне частот входного напряжения и позволяет измерять энергетические потери в испытываемых источниках электропитания и определять их энергетический к.п.д.

Указанный технический результат достигается в двух вариантах осуществления заявляемого устройства.

В первом варианте осуществления устройство для испытания источников электропитания постоянного тока, содержащее первичный источник электроэнергии, входы которого подключены к первичной электросети, клеммы для подключения входов испытываемого источника электропитания, клеммы для подключения выходов положительной и отрицательной полярностей испытываемого источника электропитания, первый измеритель тока, присоединенный к клемме подключения выхода положительной полярности испытываемого источника электропитания, дополнительно включает регулируемый источник постоянного напряжения, перестраиваемый по частоте генератор последовательностей тактовых сигналов, второй измеритель тока, первый и второй измерители напряжения, первый и второй однофазные трансформаторы, двухфазный трансформатор, первый, второй, третий и четвертый коммутаторы, каждый из которых содержит первый и второй оптоэлектронные ключи, при этом выходы первичного источника электроэнергии подключены к входам электропитания регулируемого источника постоянного напряжения и перестраиваемого по частоте генератора последовательностей тактовых сигналов, второй измеритель тока включен в выходную цепь положительной полярности регулируемого источника постоянного напряжения, первый измеритель напряжения присоединен к клеммам подключения выходов положительной и отрицательной полярностей испытываемого источника электропитания, второй измеритель напряжения подключен параллельно выходам регулируемого источника постоянного напряжения, выходы первой и второй последовательностей тактовых сигналов перестраиваемого по частоте генератора последовательностей тактовых сигналов подключены к первым обмоткам первого и второго однофазных трансформаторов соответственно, вторая обмотка первого однофазного трансформатора подключена противофазно к управляющим входам первого и второго коммутаторов, а вторая обмотка второго однофазного трансформатора подключена противофазно к управляющим входам третьего и четвертого коммутаторов, клемма подключения выхода положительной полярности испытываемого источника электропитания через первый измеритель тока и первые оптоэлектронные ключи первого и второго коммутаторов подключена к первой обмотке двухфазного трансформатора, которая через вторые оптоэлектронные ключи первого и второго коммутаторов соединяется с клеммой подключения выхода отрицательной полярности испытываемого источника электропитания, выход положительной полярности регулируемого источника постоянного напряжения через второй измеритель тока и первые оптоэлектронные ключи третьего и четвертого коммутаторов подключен ко второй обмотке двухфазного трансформатора, которая через вторые оптоэлектронные ключи третьего и четвертого коммутаторов соединяется с выходом отрицательной полярности регулируемого источника постоянного напряжения, третья обмотка двухфазного трансформатора присоединена к клеммам подключения входов испытываемого источника электропитания.

Во втором варианте осуществления устройство для испытания источников электропитания постоянного тока, содержащее первичный источник электроэнергии, входы которого подключены к первичной электросети, клеммы для подключения входов испытываемого источника электропитания, клеммы для подключения выходов положительной и отрицательной полярностей испытываемого источника электропитания, измеритель тока, присоединенный к клемме подключения выхода положительной полярности испытываемого источника электропитания, дополнительно включает регулируемый источник постоянного напряжения, перестраиваемый по частоте генератор последовательностей тактовых сигналов, измеритель напряжения, первый и второй однофазные трансформаторы, двухфазный трансформатор, первый, второй, третий и четвертый коммутаторы, каждый из которых содержит первый и второй оптоэлектронные ключи, и измеритель разности фаз с двумя гальванически развязанными парами входов, при этом выходы первичного источника электроэнергии подключены к входам электропитания регулируемого источника постоянного напряжения и перестраиваемого по частоте генератора последовательностей тактовых сигналов, измеритель напряжения подключен параллельно выходу испытываемого источника электропитания, выходы первой и второй последовательностей тактовых сигналов перестраиваемого по частоте генератора последовательностей тактовых сигналов подключены к первым обмоткам первого и второго однофазных трансформаторов соответственно, вторая обмотка первого однофазного трансформатора подключена противофазно к управляющим входам первого и второго коммутаторов, а вторая обмотка второго однофазного трансформатора подключена противофазно к управляющим входам третьего и четвертого коммутаторов, клемма подключения выхода положительной полярности испытываемого источника электропитания через измеритель тока и первые оптоэлектронные ключи первого и второго коммутаторов подключена к первой обмотке двухфазного трансформатора, которая через вторые оптоэлектронные ключи первого и второго коммутаторов соединяется с клеммой подключения выхода отрицательной полярности испытываемого источника электропитания, выход положительной полярности регулируемого источника постоянного напряжения через первые оптоэлектронные ключи третьего и четвертого коммутаторов подключен ко второй обмотке двухфазного трансформатора, которая через вторые оптоэлектронные ключи третьего и четвертого коммутаторов соединяется с выходом отрицательной полярности регулируемого источника постоянного напряжения, третья обмотка двухфазного трансформатора присоединена к клеммам подключения входов испытываемого источника электропитания и к первой гальванически развязанной паре входов измерителя разности фаз, а вторая гальванически развязанная пара входов измерителя разности фаз подключена к первой или второй обмотке двухфазного трансформатора, причем оба варианта подключения этой пары входов измерителя разности фаз равнозначны.

Заявляемое изобретение поясняется чертежами, представленными на фиг. 1-5.

На фиг. 1 изображена схема первого варианта осуществления устройства для испытания источников электропитания постоянного тока.

На фиг. 2 изображены эпюры напряжений UT1 и UT2 первой и второй последовательностей тактовых сигналов на выходах перестраиваемого по частоте генератора последовательностей тактовых сигналов, представляющие собой меандры одной тактовой частоты, сдвинутые по фазе друг относительно друга на четверть периода.

На фиг. 3 изображена векторная диаграмма, поясняющая формирование напряжения U33 на третьей обмотке двухфазного трансформатора как векторной суммы напряжений на его первой и второй обмотках, пересчитанных к третьей обмотке.

На фиг. 4 изображена схема второго варианта осуществления устройства для испытания источников электропитания постоянного тока.

На фиг. 5 изображены эпюры сигналов, поясняющие принцип работы измерителя разности фаз, присутствующего на схеме второго варианта осуществления устройства для испытания источников электропитания постоянного тока.

Согласно первому варианту осуществления, изображенному на фиг. 1, устройство для испытания источников электропитания постоянного тока содержит источник бесперебойного питания (1), входы которого подключены к первичной электросети, клеммы (2) подключения входов испытываемого источника электропитания, клеммы (3) и (4) подключения выходов испытываемого источника электропитания положительной и отрицательной полярностей соответственно, перестраиваемый по частоте генератор (5) двух последовательностей тактовых сигналов одинаковой частоты, сдвинутых по фазе друг относительно друга на четверть периода, регулируемый источник постоянного напряжения (6), первый измеритель тока (7), присоединенный к клемме (3) подключения выхода положительной полярности испытываемого источника электропитания, первый измеритель напряжения (8), второй измеритель тока (9), второй измеритель напряжения (10), первый (11) и второй (12) однофазные трансформаторы, первый (13), второй (14), третий (15) и четвертый (16) коммутаторы, каждый из которых содержит первый (К1) и второй (К2) оптоэлектронные ключи, двухфазный трансформатор (17). При этом выходы источника бесперебойного питания (1) подключены к входам электропитания перестраиваемого по частоте генератора последовательностей тактовых сигналов (5) и регулируемого источника постоянного напряжения (6). Второй измеритель тока (9) включен в выходную цепь положительной полярности регулируемого источника постоянного напряжения (6). Первый измеритель напряжения (8) присоединен к клеммам подключения выходов положительной и отрицательной полярностей испытываемого источника электропитания. Второй измеритель напряжения (10) подключен параллельно выходам регулируемого источника постоянного напряжения (6). Выходы первой и второй последовательностей тактовых сигналов перестраиваемого по частоте генератора (5) подключены к первым обмоткам первого (11) и второго (12) однофазных трансформаторов соответственно, вторая обмотка первого однофазного трансформатора (11) подключена противофазно к управляющим входам первого (13) и второго (14) коммутаторов, а вторая обмотка второго однофазного трансформатора (12) подключена противофазно к управляющим входам третьего (15) и четвертого (16) коммутаторов. Клемма (3) подключения выхода положительной полярности испытываемого источника электропитания через первый измеритель тока (7) и первые оптоэлектронные ключи (К1) первого (13) и второго (14) коммутаторов подключена к первой обмотке двухфазного трансформатора (17), которая через вторые оптоэлектронные ключи (К2) первого (13) и второго (14) коммутаторов соединяется с клеммой (4) подключения выхода отрицательной полярности испытываемого источника электропитания. Выход положительной полярности регулируемого источника постоянного напряжения (6) через второй измеритель тока (9) и первые (К1) оптоэлектронные ключи третьего (15) и четвертого (16) коммутаторов подключен ко второй обмотке двухфазного трансформатора (15), которая через вторые (К2) оптоэлектронные ключи третьего (15) и четвертого (16) коммутаторов соединяется с выходом отрицательной полярности регулируемого источника постоянного напряжения (6). Третья обмотка двухфазного трансформатора (17) подключена к клеммам (2) подключения входов испытываемого источника электропитания.

Испытываемый источник электропитания (18), не входящий в состав заявляемого устройства, на фиг. 1 показан условно.

Заявляемое устройство, реализованное по первому варианту осуществления, функционирует следующим образом.

Источник бесперебойного питания (1) обеспечивает электропитанием перестраиваемый по частоте генератор последовательностей тактовых сигналов (5) и регулируемый источник постоянного напряжения (6).

Перестраиваемый по частоте генератор (5) формирует две тактовые последовательности UT1 и UT2 одной частоты FT в форме меандров, сдвинутых по фазе друг относительно друга на четверть периода, показанные на фиг. 2. Такие тактовые сигналы могут быть получены, например, путем деления на 2 с помощью счетных триггеров частот прямого и инверсного меандров удвоенной тактовой частоты 2FT, изменяемой при перестройке генератора (5).

Сформированные тактовые последовательности UT1 и UT2 поступают на первые обмотки первого (11) и второго (12) однофазных трансформаторов соответственно.

Противофазное подключение второй обмотки первого однофазного трансформатора (11) к прямым и инверсным управляющим входам коммутаторов (13) и (14) обеспечивает противофазное управление этими коммутаторами, при котором в одном полупериоде управляющего напряжения UT1 частоты FT происходит замыкание ключей (К1) и (К2) коммутатора (13), а в другом полупериоде - замыкание ключей (К1) и (К2) коммутатора (14).

За счет противофазного управления коммутаторами (13) и (14) обеспечивается перекоммутация подключения первой обмотки двухфазного трансформатора (17) к клеммам (3) и (4), служащим, соответственно, для подключения выходов положительной и отрицательной полярностей испытываемого источника электропитания (18), в результате чего напряжение U31 на этой обмотке имеет форму меандра частоты FT с амплитудой, равной величине постоянного напряжения на выходе испытываемого источника электропитания (18).

Аналогично противофазное подключение второй обмотки второго однофазного трансформатора (12) к прямым и инверсным управляющим входам коммутаторов (15) и (16) обеспечивает противофазное управление этими коммутаторами, при котором в одном полупериоде управляющего напряжения UT2 частоты FT происходит замыкание ключей (К1) и (К2) коммутатора (15), а в другом полупериоде - замыкание ключей (К1) и (К2) коммутатора (16).

За счет противофазного управления коммутаторами (15) и (16) обеспечивается перекоммутация подключения второй обмотки двухфазного трансформатора (17) к выходам положительной и отрицательной полярностей регулируемого источника постоянного напряжения (5), в результате чего напряжение U32 на этой обмотке имеет форму меандра частоты FT с амплитудой, равной величине постоянного напряжения регулируемого источника постоянного напряжения (5), но сдвинутого по фазе относительно напряжения U31 на первой обмотке третьего трансформатора (17) на четверть периода частоты FT.

Напряжение U33 на третьей обмотке двухфазного трансформатора (17) представляет собой векторную сумму пересчитанных для этой обмотки напряжений U31 и U32 соответственно на первой и второй обмотках этого трансформатора, что поясняется векторной диаграммой, приведенной на фиг. 3, где

n3131 - коэффициент трансформации, определяемый отношением числа витков третьей обмотки к числу витков первой обмотки;

n3232 - коэффициент трансформации, определяемый отношением числа витков третьей обмотки к числу витков второй обмотки.

Коэффициенты трансформации задаются с учетом соотношений диапазонов входных и выходных напряжений ряда испытываемых источников электропитания.

Так как электрические мощности пропорциональны квадратам напряжений, то, согласно векторной диаграмме фиг. 3, мощность, снимаемая с третьей обмотки двухфазного трансформатора (17), равна сумме мощностей в его первой и второй обмотках, т.е. двухфазный трансформатор (17) в данном случае осуществляет суммирование мощностей с выходов испытываемого источника электропитания (18) и регулируемого источника постоянного напряжения (6). (Один из возможных вариантов реализации двухфазного трансформатора приведен в описании изобретения к патенту РФ №2271048 МПК H01F 30/04).

С третьей обмотки трансформатора (17) суммарная мощность через клеммы (2) передается на вход испытываемого источника электропитания (18).

Передача электроэнергии с выхода испытываемого устройства (18) на его вход в сумме с электроэнергией, поступающей от источника бесперебойного питания (1) первичной электроэнергии через регулируемый источник постоянного напряжения (6), позволяет циклически наращивать мощность на выходе испытываемого источника электропитания (18) до значения, соответствующего установившемуся режиму, который описывается нижеприведенными соотношениями.

Так мощность на выходе испытываемого устройства (18):

РВЫХ18ВХ18⋅q18, где РВХ18 - мощность на входе испытываемого устройства; q18 - к.п.д. испытываемого устройства.

В свою очередь, мощность, поступающая на вход испытываемого устройства (18):

РВХ18ВЫХ6⋅q6-18ВЫХ18⋅q18-18, где РВЫХ6 - выходная мощность регулируемого источника постоянного напряжения (6);

q6-8 - к.п.д. тракта преобразования для выходной энергии регулируемого источника постоянного напряжения (6) (тракта (6)→(17)→(18));

q18-18 - к.п.д. тракта преобразования для выходной энергии испытываемого устройства (18) (тракта (18)→(17)→(18)).

Из двух предыдущих выражений:

РВЫХ18=(РВЫХ6⋅q6-18ВЫХ18⋅q18-18)⋅q18,

отсюда РВЫХ18ВЫХ6⋅q6-18⋅q18⋅1/(1-q18-18⋅q18)

Последнее выражение, определяющее РВЫХ18 в установившемся режиме, представляет собой сумму членов бесконечно убывающей геометрической прогрессии со знаменателем (q18-18⋅q18).

Например, для q18-18⋅q18=q=0,96 (характерное значение для мощных систем) и (q6-18/q18-18)≈1 получим:

РВЫХ18≈РВЫХ6⋅q/(1-q)=РВЫХ6⋅0,96/0,04≈24 РВЫХ6,

т.е. в данном случае за счет накопления энергии, возвращаемой с выхода на вход испытываемого устройства (18), для получения электроэнергии заданной мощности на его выходе требуется в 24 раза меньшая мощность внешнего источника (6).

Таким образом, величина мощности на выходе испытываемого источника электропитания прямо пропорциональна выходной мощности регулируемого источника напряжения (связана через постоянный коэффициент). Это дает возможность проверять функционирование испытываемого устройства в требуемом диапазоне выходных мощностей.

Кроме того, мощность, поступающая от регулируемого источника напряжения (6) в установившемся режиме, равна суммарной мощности потерь в испытываемом устройстве (18) и в трактах преобразования (6)→(17)→(18) и (18)→(17)→(18), т.е. утилизируемой мощности.

Действительно:

- потери мощности в испытываемом устройстве (18)

РП18ВХ18⋅(1-q18)=(РВЫХ6⋅q6-18ВЫХ18⋅q18-18)⋅(1-q18);

- суммарные потери мощности в трактах преобразования (6)→(17)→(18)и (18)→(17)→(18)

РПТВЫХ6(1-q6-18)+РВЫХ18(1-q18-18);

- общие потери мощности (утилизируемая мощность электроэнергии)

РПΣП18+РПТВЫХ6(1-q18⋅q6-18)+РВЫХ18(1-q18⋅q18-18)=РВЫХ6(1-q18⋅q6-18)+РВЫХ6⋅q6-18⋅q18ВЫХ6.

Рассмотренный первый вариант осуществления устройства подтверждает достижение технического результата, разрешающего техническую проблему, на решение которой направлено изобретение, а именно:

- повышение энергоэффективности испытаний источников электропитания постоянного тока достигается увеличением к.п.д. тракта обратной передачи энергии с выхода испытываемого устройства на его вход (обозначенного q18-18) за счет исключения последовательно включенных импульсного преобразователя напряжения, развязывающего диода и конвертора, присутствующих в аналогичном тракте обратной передачи устройства-прототипа, при этом одновременно достигается упрощение конструкции устройства;

- проверка функционирования испытываемых источников электропитания в заданных диапазонах частот входного напряжения обеспечивается за счет применения в заявляемом устройстве перестраиваемого по частоте генератора (5) последовательностей тактовых сигналов;

- по показаниям измерителей токов и напряжений, имеющихся в данном варианте заявляемого устройства, обеспечивается определение мощности потерь и к.п.д. испытываемого источника электропитания постоянного тока.

Действительно, потери мощности в испытываемом источнике электропитания определяются согласно вышеприведенному соотношению

РП18ВХ18⋅(1-q18)=(РВЫХ6⋅q6-18ВЫХ18⋅q18-18)⋅(1-q18)=(I9⋅U10⋅q6-18+I7⋅U8⋅q18-18)⋅(1-q18),

а его к.п.д. составляет

q18=I7⋅U8/(I9⋅U10⋅q6-18+I7⋅U8⋅q18-18),

где I7, I9 и U8, U10 - показания измерителей тока (7), (9) и напряжения (8), (10) по схеме фиг. 1, при этом к.п.д. трактов преобразования q6-18 и q18-18, входящие в последние соотношения, определяются при технической аттестации заявляемого устройства.

Анализ векторной диаграммы фиг. 3 показывает, что к.п.д. испытываемого устройства может быть определен по величине угла α сдвига фаз между напряжением на третьей обмотке двухфазного трансформатора (17) и пересчитанной для этой обмотки составляющей напряжения второй обмотки трансформатора (17).

Действительно

q18=1-(РП18ВХ18)=1-[(n32 U32)2/U332]=1-cos2α=sin2α.

Так как фаза пересчитанной для третьей обмотки составляющей напряжения второй обмотки трансформатора (17) однозначно связана с фазой напряжения на второй обмотке, то определение к.п.д. испытываемого устройства может быть произведено путем измерения угла α сдвига фаз между напряжениями на второй и третьей обмотках двухфазного трансформатора (17).

Используя соотношения для функций дополнительных углов, получим

q18=sin2α=cos2(π/2-α)=cos2β=(n31 U31)2/U332,

где β - угол сдвига фаз между напряжением на третьей обмотке двухфазного трансформатора (17) и пересчитанной для этой обмотки составляющей напряжения первой обмотки трансформатора (17), дополняющий угол α до π/2.

Таким образом, определение к.п.д. испытываемого источника электропитания постоянного тока может быть осуществлено и путем измерения угла β сдвига фаз между напряжениями на первой и третьей обмотках двухфазного трансформатора (17).

Оба варианта определения к.п.д. испытываемого источника электропитания постоянного тока (с измерением угла α или угла β) равнозначны.

Исходя из этого на фиг. 4 представлена схема второго варианта осуществления заявляемого устройства, отличающаяся от схемы первого варианта, приведенной на фиг. 1, наличием дополнительно введенного измерителя разности фаз (19) с двумя гальванически развязанными парами входов, а также отсутствием измерителей тока (9) и напряжения (10) регулируемого источника постоянного напряжения (6), при этом первая гальванически развязанная пара входов измерителя разности фаз (19) подключена к третьей обмотке двухфазного трансформатора (17), а вторая гальванически развязанная пара входов измерителя разности фаз (19) подключена к первой или ко второй (как изображено на схеме фиг. 4) обмотке двухфазного трансформатора (17), причем оба варианта подключения этой пары входов измерителя разности фаз (19) равнозначны.

Функционирование второго варианта заявляемого устройства по схеме фиг. 4 аналогично работе первого варианта по схеме фиг. 1. за исключением определения к.п.д. испытываемого устройства и энергетических потерь в нем с использованием измерителя разности фаз (19) через значение измеренного угла α сдвига фаз между напряжениями на второй и третьей обмотках двухфазного трансформатора соответственно по соотношениям:

q18=sin2α и РП18ВЫХ18⋅(1-sin2α)/sin2α=I7⋅U8⋅ctg2α,

где α - измеренный угол сдвига фаз; I7 и U8 - показания измерителей выходного тока и напряжения испытываемого источника электропитания соответственно.

(При определении к.п.д. испытываемого устройства через значение измеренного угла β сдвига фаз между напряжениями на первой и третьей обмотках двухфазного трансформатора соответственно аналогичные соотношения имеют вид:

q18=cos2β и РП18ВЫХ18⋅(1-cos2β)/cos2β=I7⋅U8⋅tg2β,

где β - измеренный угол сдвига фаз; I7 и U8 - показания измерителей выходного тока и напряжения испытываемого источника электропитания соответственно).

Измеритель разности фаз (19) может быть построен, например, на принципе измерения постоянной составляющей суммы по модулю 2 логических сигналов, получаемых из входных сигналов, поступающих на первую и вторую пары входов, гальванически развязанных друг от друга, путем их глубокого ограничения с последующим компарированием по нулевому порогу.

Это поясняется эпюрами, представленными на фиг. 5 для случая измерения угла α, сдвига фаз между напряжениями на второй и третьей обмотках двухфазного трансформатора.

На фиг. 5 обозначено:

- U2ОГР и U3ОГР - логические сигналы, полученные из напряжений второй и третьей обмоток двухфазного трансформатора путем глубокого ограничения с последующим компарированием по нулевому порогу;

- Umod2 - сумма по модулю 2 логических сигналов U2ОГР и U3ОГР;

- А=α/2πFT, где α - угол сдвига фаз между U2ОГР и U3ОГР;

- Т=1/FT - период тактовых последовательностей генератора (5);

- UDC=2А⋅Umod2/Т - постоянная составляющая сигнала Umod2, пропорциональная сдвигу фаз α.

Технический результат, достигаемый при осуществлении второго варианта заявляемого устройства, аналогичен техническому результату при осуществлении первого варианта устройства.

Таким образом, полученный технический результат в обоих представленных вариантах заявляемого устройства подтверждает достижение цели данного изобретения.

1. Устройство для испытания источников электропитания постоянного тока, содержащее:

первичный источник электроэнергии, входы которого подключены к первичной электросети,

клеммы для подключения входов испытываемого источника электропитания,

клеммы для подключения выходов положительной и отрицательной полярностей испытываемого источника электропитания,

первый измеритель тока, присоединенный к клемме подключения выхода положительной полярности испытываемого источника электропитания,

отличающееся тем, что дополнительно включает регулируемый источник постоянного напряжения, перестраиваемый по частоте генератор последовательностей тактовых сигналов, второй измеритель тока, первый и второй измерители напряжения, первый и второй однофазные трансформаторы, двухфазный трансформатор, первый, второй, третий и четвертый коммутаторы, каждый из которых содержит первый и второй оптоэлектронные ключи,

при этом выходы первичного источника электроэнергии подключены к входам электропитания регулируемого источника постоянного напряжения и перестраиваемого по частоте генератора последовательностей тактовых сигналов, второй измеритель тока включен в выходную цепь положительной полярности регулируемого источника постоянного напряжения, первый измеритель напряжения присоединен к клеммам подключения выходов положительной и отрицательной полярностей испытываемого источника электропитания, второй измеритель напряжения подключен параллельно выходам регулируемого источника постоянного напряжения, выходы первой и второй последовательностей тактовых сигналов перестраиваемого по частоте генератора последовательностей тактовых сигналов подключены к первым обмоткам первого и второго однофазных трансформаторов соответственно, вторая обмотка первого однофазного трансформатора подключена противофазно к управляющим входам первого и второго коммутаторов, а вторая обмотка второго однофазного трансформатора подключена противофазно к управляющим входам третьего и четвертого коммутаторов, клемма подключения выхода положительной полярности испытываемого источника электропитания через первый измеритель тока и первые оптоэлектронные ключи первого и второго коммутаторов подключена к первой обмотке двухфазного трансформатора, которая через вторые оптоэлектронные ключи первого и второго коммутаторов соединяется с клеммой подключения выхода отрицательной полярности испытываемого источника электропитания, выход положительной полярности регулируемого источника постоянного напряжения через второй измеритель тока и первые оптоэлектронные ключи третьего и четвертого коммутаторов подключен ко второй обмотке двухфазного трансформатора, которая через вторые оптоэлектронные ключи третьего и четвертого коммутаторов соединяется с выходом отрицательной полярности регулируемого источника постоянного напряжения, третья обмотка двухфазного трансформатора присоединена к клеммам подключения входов испытываемого источника электропитания.

2. Устройство для испытания источников электропитания постоянного тока, содержащее

первичный источник электроэнергии, входы которого подключены к первичной электросети,

клеммы для подключения входов испытываемого источника электропитания,

клеммы для подключения выходов положительной и отрицательной полярностей испытываемого источника электропитания,

измеритель тока, присоединенный к клемме подключения выхода положительной полярности испытываемого источника электропитания,

отличающееся тем, что дополнительно включает регулируемый источник постоянного напряжения, перестраиваемый по частоте генератор последовательностей тактовых сигналов, измеритель напряжения, первый и второй однофазные трансформаторы, двухфазный трансформатор, первый, второй, третий и четвертый коммутаторы, каждый из которых содержит первый и второй оптоэлектронные ключи, и измеритель разности фаз с двумя гальванически развязанными парами входов,

при этом выходы первичного источника электроэнергии подключены к входам электропитания регулируемого источника постоянного напряжения и перестраиваемого по частоте генератора последовательностей тактовых сигналов, измеритель напряжения подключен параллельно выходу испытываемого источника электропитания, выходы первой и второй последовательностей тактовых сигналов перестраиваемого по частоте генератора последовательностей тактовых сигналов подключены к первым обмоткам первого и второго однофазных трансформаторов соответственно, вторая обмотка первого однофазного трансформатора подключена противофазно к управляющим входам первого и второго коммутаторов, а вторая обмотка второго однофазного трансформатора подключена противофазно к управляющим входам третьего и четвертого коммутаторов, клемма подключения выхода положительной полярности испытываемого источника электропитания через измеритель тока и первые оптоэлектронные ключи первого и второго коммутаторов подключена к первой обмотке двухфазного трансформатора, которая через вторые оптоэлектронные ключи первого и второго коммутаторов соединяется с клеммой подключения выхода отрицательной полярности испытываемого источника электропитания, выход положительной полярности регулируемого источника постоянного напряжения через первые оптоэлектронные ключи третьего и четвертого коммутаторов подключен ко второй обмотке двухфазного трансформатора, которая через вторые оптоэлектронные ключи третьего и четвертого коммутаторов соединяется с выходом отрицательной полярности регулируемого источника постоянного напряжения, третья обмотка двухфазного трансформатора присоединена к клеммам подключения входов испытываемого источника электропитания и к первой гальванически развязанной паре входов измерителя разности фаз, а вторая гальванически развязанная пара входов измерителя разности фаз подключена к первой или второй обмотке двухфазного трансформатора, причем оба варианта подключения этой пары входов измерителя разности фаз равнозначны.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к двенадцатиимпульсным автотрансформаторным выпрямительным блокам (ATRU) и, в частности, но не исключительно, к способам и устройствам для обнаружения конкретных состояний в подаче им 3-фазного питания и/или их работы.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для оценки корректности функционирования автоматических регуляторов возбуждения в составе бесщеточных систем возбуждения генераторов электроэнергетических систем.

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может использоваться для испытания трансформаторов, выпрямителей, автономных инверторов, источников вторичного электропитания, электрических машин и других электротехнических устройств, которые потребляют электроэнергию и передают ее в нагрузку.

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в устройствах, позволяющих нагружать различные преобразователи с выходом на постоянном токе, аккумуляторные батареи, генераторы постоянного тока при проведении различных видов испытаний, включая ресурсные.

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может использоваться для испытания электротехнических устройств: электрических машин и трансформаторов, автономных инверторов, источников вторичного электропитания, аккумуляторных батарей, солнечных элементов или других источников электрической энергии.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к установкам для испытания мощных индукционных устройств, преимущественно индуктивных накопителей энергии.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении параметров стабилизаторов. .

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при испытаниях стабилизаторов напряжения. .

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может использоваться для испытания систем электроснабжения, в частности при наземных испытаниях высокомощных источников электропитания постоянного тока, входящих в состав бортовых систем космических аппаратов. Сущность: устройство содержит первичный источник электроэнергии, входы которого подключены к первичной электросети, клеммы для подключения входов испытываемого источника электропитания, клеммы для подключения выходов положительной и отрицательной полярностей испытываемого источника электропитания и первый измеритель тока, присоединенный к клемме подключения выхода положительной полярности испытываемого источника электропитания. Устройство дополнительно включает регулируемый источник постоянного напряжения, перестраиваемый по частоте генератор последовательностей тактовых сигналов, второй измеритель тока, первый и второй измерители напряжения, первый и второй однофазные трансформаторы, двухфазный трансформатор, первый, второй, третий и четвертый коммутаторы, каждый из которых содержит первый и второй оптоэлектронные ключи. Технический результат - снижение потерь в тракте обратной передачи электроэнергии с выхода испытываемого источника электропитания на его вход при одновременном упрощении конструкции устройства, обеспечение проверки функционирования испытываемых источников в заданном диапазоне частот входного напряжения, измерение энергетических потерь в испытываемых источниках и определение их энергетического КПД. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

Наверх