ИСПЫТАТЕЛЬНО-НАГРУЗОЧНЫЙ СТЕНД Российский патент 2006 года по МПК G01R31/34 H02M9/04 

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике, а именно к имитаторам нелинейной нагрузки источников электропитания, и может найти применение в качестве имитаторов нелинейной ступенчатой нагрузки агрегатов бесперебойного питания.

В настоящее время на практике широко используются агрегаты бесперебойного питания (АБП), обеспечивающие электроэнергией в основном мощные нелинейные нагрузки, в частности источники вторичного электропитания (ИВЭП) с бестрансформаторным входом (БТВ).

ИВЭП с БТВ потребляют от источника переменного тока импульсный ток длительностью 0,25...0,3 полупериода напряжения, при этом амплитудное значение импульсного тока в 7...10 раз превышает значение выпрямленного тока [1, 2].

При превышении суммарной мощности нескольких ИВЭП, питающихся от одного АБП, предельно допустимого значения для конкретного типа АБП, существенно увеличивается коэффициент искажения формы кривой напряжения на выходе АБП (достигает 30% и более), что приводит к изменению параметров как АБП, так и ИВЭП.

Для исследования возможностей АБП, предназначенных для работы на ИВЭП с БТВ, а также при проведении пусконаладочных работ АБП возникает необходимость в применении имитаторов нелинейной ступенчатой нагрузки большой мощности.

За основу простейшей реализации таких имитаторов можно использовать параллельно соединенные друг с другом конденсаторную батарею и нагрузочный резистор, подключаемые к выходам выпрямительного моста АБП.

В качестве основных требований, предъявляемых к имитаторам нелинейной нагрузки, необходимо отметить следующие:

во-первых, должны быть предусмотрены меры по ограничению величины пускового тока, обусловленного током заряда конденсаторной батареи при ее подключении к выходам выпрямительного моста АБП, способного при большой емкости конденсаторной батареи вывести из строя как минимум сам выпрямительный мост АБП;

и во-вторых, должна обеспечиваться возможность ступенчатого изменения величины нагрузки, имитируя тем самым последовательное во времени подключение и отключение соответствующих потребителей электроэнергии.

Устройства, в которых в качестве нагрузки выпрямительного моста используется конденсатор, широко известны, в частности [3, 4]. Однако в этих устройствах не предусмотрены как ограничение величины пускового тока, так и ступенчатое изменение мощности нагрузки.

За прототип изобретения принята принципиальная схема силовых цепей компенсатора мощности искажений [5], согласно которой к выходу выпрямительного моста последовательно с включенным в проводящем направлении диодом подключены соединенные параллельно друг с другом нагрузочные конденсатор и резистор.

К основным недостаткам устройства-прототипа при использовании его в качестве имитатора нелинейной нагрузки также следует отнести отсутствие как ограничения величины пускового тока, так и возможности ступенчатого изменения мощности нагрузки.

Целью данного изобретения является разработка устройства, используемого в качестве имитатора нелинейной нагрузки, обеспечивающего возможность ступенчатого изменения величины нелинейной нагрузки и ограничение величины пускового тока при ее увеличении.

Указанная цель в заявляемом устройстве под названием "Испытательно-нагрузочный стенд" достигается благодаря тому, что в его состав по сравнению с прототипом дополнительно вводятся контакты пускового ключа, ограничительный резистор и реле, имеющее две группы нормально-разомкнутых контактов, которые при соответствующей схеме соединения друг с другом, а также с нагрузочным конденсатором (конденсаторной батареей) и нагрузочным резистором образуют нагрузочный контур, при этом в состав устройства входит N таких нагрузочных контуров (N>=1), подключаемых параллельно друг другу к выходу выпрямительного моста.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием дополнительных элементов при соответствующем схемном решении. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого устройства с другими аналогичными техническими решениями показывает, что наличие в подобных устройствах диода, нагрузочного конденсатора (конденсаторной батареи) и нагрузочного резистора известно. Однако благодаря дополнительному введению в состав устройства контактов пускового ключа, ограничительного резистора и реле, имеющего две группы нормально-разомкнутых контактов, образующих при соответствующей схеме взаимного соединения нагрузочный контур, и использованию в составе заявляемого устройства нескольких таких контуров при соответствующей схеме их взаимного соединения, появляются новые свойства заявляемого устройства, проявляющиеся в обеспечении возможности ступенчатого изменения величины нагрузки и в ограничении величины пускового тока. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "существенные отличия".

На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого испытательно-нагрузочного стенда. На чертеже обозначены

1 - выпрямительный мост;

2₁...2_N - нагрузочные контуры;

3 - диод;

4 - конденсаторная батарея;

5 - нагрузочный резистор;

6 - контакт пускового ключа;

7 - ограничительный резистор;

8 - обмотка реле;

9 - первые нормально-разомкнутые контакты реле;

10 - вторые нормально-разомкнутые контакты реле.

Составные части, образующие заявляемое устройство, соединены между собой следующим образом.

Минус конденсаторной батареи 4 соединен с одним из выводов нагрузочного резистора 5 и с минусом выпрямительного моста 1.

Соединенные последовательно контакты 6 пускового ключа и диод 3 в проводящем направлении включены между плюсом выпрямительного моста 1 и одним из выводов ограничительного резистора 7, другой вывод которого подключен к плюсу конденсаторной батареи 4.

Параллельно к конденсаторной батарее 4 подключена обмотка 8 реле, первая группа нормально-разомкнутых контактов 9 которого подключена параллельно к ограничительному резистору 7, а вторая группа нормально-разомкнутых контактов 10 включена между плюсом конденсаторной батареи 4 и вторым выводом нагрузочного резистора 5.

Соединенные между собой согласно вышеизложенному контакты 6 пускового ключа, диод 3, конденсаторная батарея 4, нагрузочный резистор 5, ограничительный резистор 7, обмотка 8 и контакты (9 и 10) реле образуют нагрузочный контур 2.

В состав устройства входят N нагрузочных контуров 2 (N>=1), при этом все N нагрузочных контуров 2 параллельно друг другу подключены к выходу выпрямительного моста 1.

Работает предложенное устройство следующим образом.

В исходном состоянии контакты 6 пусковых ключей всех нагрузочных контуров 2 разомкнуты. Вследствие этого все элементы устройства обесточены, все конденсаторные батареи 4 разряжены, и все нормально-разомкнутые контакты (9 и 10) всех реле разомкнуты.

При замыкании контактов 6 пускового ключа какого-либо из N нагрузочных контуров 2 от выпрямительного моста 1 потечет ток заряда соответствующей конденсаторной батареи 4. Вследствие того, что в цепи заряда конденсаторной батареи 4 находится соединенный с ней последовательно ограничительный резистор 7, величина тока заряда, ограничиваясь его сопротивлением, не будет иметь лавинообразный характер. Кроме того, благодаря разомкнутым контактам 10 отсутствует протекание тока через нагрузочный резистор 5, что также снижает общее значение пускового тока.

По мере заряда конденсаторной батареи 4 время заряда определяется величинами ее емкости и сопротивления ограничительного резистора 7, появится ток в обмотке 8 реле. При достижении определенного значения напряжения на батарее конденсаторов 8 реле сработает, его нормально-разомкнутые контакты 9 и 10 замкнутся. Контактами 9 шунтируется ограничительный резистор 7, а контактами 10 подключается к выпрямительному мосту 1 нагрузочный резистор 5. Соответствующий нагрузочный контур 2 с этого момента начнет имитировать подключенную к выпрямительному мосту 1 нелинейную нагрузку.

При необходимости увеличения испытательной нагрузки производится включение контактов 6 пускового ключа другого (очередного) нагрузочного контура 2, все процессы в нем будут протекать согласно вышеизложенному.

При необходимости уменьшить величину испытательной нагрузки производится отключение контактов 6 пускового ключа соответствующего нагрузочного контура 2. В отключенном от выпрямительного моста 1 нагрузочном контуре 2 конденсаторная батарея 4 разрежается через нагрузочный резистор 5 и обмотку 8 реле. По мере разряда ток в обмотке 8 реле прекратится и его нормально-разомкнутые контакты 9 и 10 разомкнутся, т.е. все элементы вернутся в исходное состояние.

Наличие в составе нагрузочных контуров 2 диодов 3 исключает взаимовлияние между контурами.

Из приведенного описания работы предложенного устройства видно, что в нем обеспечиваются как существенное ограничение величины пускового тока, так и возможность ступенчатого изменения (увеличения и уменьшения) величины нагрузки.

Следовательно, можно сделать вывод, что цель, поставленная перед предлагаемым изобретением - разработка устройства, используемого в качестве имитатора нелинейной нагрузки, обеспечивающего возможность ступенчатого изменения величины нелинейной нагрузки и ограничение величины пускового тока при ее увеличении, - достигнута.

Предложенное устройство может найти применение при проверке работоспособности источников бесперебойного питания электроагрегатов, работающих на нелинейную нагрузку.

Технико-экономический эффект, обусловленный применением предложенного устройства, заключается в повышении надежности и достоверности получаемых результатов при проведении испытаний различных агрегатов бесперебойного питания, работающих на нелинейную нагрузку. В результате проверки определяется допустимая величина нелинейной нагрузки, при которой источник надежно работает и его характеристики соответствуют паспортным данным.

Количественная величина ожидаемого технико-экономического эффекта от использования предложенного устройства зависит в первую очередь от назначения и мощности исследуемых агрегатов бесперебойного питания, - ее определение возможно только после внедрения предложенного устройства на конкретных объектах.

Источники информации

1. Конев Ю.И. Корректоры коэффициента мощности. В сб. "Электропитание", 1991, №1.

2. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Справочник. / Г.С.Найвельт, К.Б.Мазель, Ч.И.Хусаинов и др.; Под ред. Г.С.Найвельта. - М.: Радио и связь, 1985.

3. Авт. свид. СССР №609194, МКИ Н 02 М 9/04. Стабилизированное устройство для заряда емкостного накопителя, 1978, БИ №20.

4. Авт. свид. СССР №1334328, МКИ Н 02 М 9/04. Устройство для заряда накопительного конденсатора, 1987, БИ №32.

5. Конев Ю.И. Компенсаторы мощности искажений. В сб. "Электропитание", 1993, №1, стр. 61, рис.1 (прототип).

Использование: в качестве имитаторов нелинейной ступенчатой нагрузки агрегатов бесперебойного питания. Технический результат заключается в обеспечении возможности ступенчатого изменения величины нелинейной нагрузки и ограничения величины пускового тока при ее увеличении. В состав устройства входят выпрямительный мост, диоды, конденсаторные батареи и нагрузочные резисторы. Дополнительно вводятся контакты пускового ключа, ограничительный резистор и реле, имеющее две группы нормально-разомкнутых контактов, которые при соответствующей схеме соединения друг с другом, а также с нагрузочным конденсатором и нагрузочным резистором образуют нагрузочный контур, при этом в состав устройства входит N таких нагрузочных контуров (N>=1), подключаемых параллельно друг другу к выходу выпрямительного моста. 1 ил.

Испытательно-нагрузочный стенд, состоящий из выпрямительного моста и нагрузочного контура, в состав которого входят диод, конденсаторная батарея и нагрузочный резистор, при этом минус конденсаторной батареи соединен с одним из выводов нагрузочного резистора и с минусом выпрямительного моста, отличающийся тем, что используется N параллельных друг другу нагрузочных контуров, подключенных к выходу выпрямительного моста, в состав каждого нагрузочного контура дополнительно введены контакты пускового ключа, ограничительный резистор и реле, имеющее две группы нормально разомкнутых контактов, при этом соединенные последовательно контакты пускового ключа и диод в проводящем направлении включены между плюсом выпрямительного моста и одним из выводов ограничительного резистора, другой вывод которого подключен к плюсу конденсаторной батареи, параллельно к конденсаторной батарее подключена обмотка реле, первая группа нормально разомкнутых контактов которого подключена параллельно к ограничительному резистору, а вторая группа нормально разомкнутых контактов включена между полюсом конденсаторной батареи и вторым выводом нагрузочного резистора.