ИСТОЧНИК ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК H02H7/12 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в выпрямителях для защиты от электрохимической коррозии подземных металлических сооружений, в устройствах зарядки аккумуляторов, в установках запуска двигателей самолетов, автомобилей, источниках питания опреснительных установок и других целей.

Известен источник постоянного напряжения (Патент №2212745, Н02Н 3/08, 3/20, Н02М 7/02, 2003. Бюл. №26), содержащий последовательно соединенные трансформатор и управляемый выпрямитель, сглаживающий фильтр, усилитель сигнала рассогласования, источник опорного напряжения, блок фильтра радиопомех и защиты от перенапряжений, содержащий индуктивности, ограничители напряжений и конденсаторы, причем индуктивности включены в шины питания источника постоянного напряжения, ограничители напряжения подключены к шинам питания источника постоянного напряжения и корпусу, а конденсаторы включены между шинами питания источника постоянного напряжения, между шинами питания источника постоянного напряжения и корпусом, коммутирующий аппарат, датчик фазного тока, при том входные силовые цепи коммутирующего аппарата подключены к блоку фильтра радиопомех и защиты от перенапряжений, а выходные силовые цепи подключены к датчику фазного тока, первый выход которого соединен с первичной обмоткой трансформатора, вход сглаживающего фильтра соединен с первым выходом управляемого выпрямителя, а выход соединен с первой шиной нагрузки источника постоянного напряжения, датчик ограничения и стабилизации выходного тока, вход которого соединен со вторым выходом управляемого выпрямителя, а выход соединен со второй шиной нагрузки источника постоянного напряжения, фильтр радиопомех и защиты от перенапряжений, содержащий ограничители напряжений и конденсаторы, в котором ограничители напряжения и конденсаторы включены между шинами нагрузки источника постоянного напряжения, между шиной нагрузки источника постоянного напряжения и корпусом, последовательно соединенные трансформатор питания зашиты, выпрямитель и исполнительный орган защиты, при этом вход трансформатора питания защиты подключен к входным силовым цепям коммутирующего аппарата, а выходные цепи исполнительного органа защиты включены последовательно в цепь питания коммутирующего аппарата, блок активного фильтра, первый вход которого предназначен для подключения сигнала обратной связи, блок управления, содержащий блок защиты, первый вход которого подключен ко второму выходу датчика фазного тока, третий вход подключен ко второму выходу датчика ограничения и стабилизации выходного тока, а выход подключен ко второму входу исполнительного органа защиты, и последовательно соединенные трансформатор питания, блок источников питания, источник опорного напряжения, блок усилителей сигналов рассогласования, который снабжен схемой управления счетчиком времени наработки, инвертирующим усилителем и вторым усилителем сигнала рассогласования, при этом в выходные цепи обоих усилителей сигналов рассогласования включены развязывающие диоды, третьи входы инвертирующего усилителя, первого и второго усилителей сигналов рассогласования соединены с первым входом блока усилителей сигналов рассогласования, вторые входы инвертирующего усилителя, первого и второго усилителей сигналов рассогласования и схемы управления счетчиком времени наработки соединены со вторым входом блока усилителей сигналов рассогласования, первый вход второго усилителя сигнала рассогласования соединен с третьим входом блока усилителей сигналов рассогласования, четвертый вход блока усилителей сигналов рассогласования соединен с первым входом инвертирующего усилителя, выход которого соединен с первыми входами первого усилителя сигнала рассогласования и схемы управления счетчиком времени наработки, третий вход схемы управления счетчиком времени наработки соединен с пятым входом блока усилителей сигналов рассогласования, а выход схемы управления счетчиком времени наработки соединен с третьим выходом блока усилителей сигналов рассогласования, блок формирования импульсов, к первому входу которого подключены выходы обоих усилителей сигналов рассогласования, и блок усилителя мощности, выход которого соединен со вторым входом управляемого выпрямителя, а второй вход соединен со вторым выходом блока источников питания и вторыми входами блока активного фильтра, блока защиты, блока формирования импульсов и блока усилителей сигналов рассогласования, при этом третий, четвертый и пятый входы которого подключены ко второму выходу датчика ограничения и стабилизации выходного тока, к выходу блока активного фильтра и ко второму выходу трансформатора питания, третий и четвертый выходы которого подключены к третьему входу блока формирования импульсов и к третьему входу блока усилителя мощности, а вход соединен с первичной обмоткой трансформатора, и счетчик времени наработки, вход которого соединен с третьим выходом блока усилителей сигналов рассогласования.

Недостатками этого источника постоянного напряжения являются: индустриальные радиопомехи, создаваемые источником, большая масса сглаживающего фильтра, импульсное потребление тока из питающей сети при регулировании величины выходного тока источника, низкое входное сопротивление блока активного фильтра и малая величина допускаемого сигнала помехи переменного синусоидального напряжения частотой 50 Гц на входе блока активного фильтра, отсутствуют защита блока управления от перенапряжений и контроль величины защитного потенциала (тока) на подземном металлическом сооружении счетчиком времени наработки.

Известен источник постоянного напряжения (Патент №2256999, Н02М 7/02, Н02Н 3/08, 3/20, 2005. Бюл. №20), содержащий последовательно соединенные трансформатор и управляемый выпрямитель, сглаживающий фильтр, усилитель сигнала рассогласования, источник опорного напряжения, блок фильтра радиопомех и защиты от перенапряжений, содержащий индуктивности, ограничители напряжений и конденсаторы, причем индуктивности включены в шины питания источника постоянного напряжения, ограничители напряжения подключены к шинам питания источника постоянного напряжения и корпусу, а конденсаторы включены между шинами питания источника постоянного напряжения, между шинами питания источника постоянного напряжения и корпусом, коммутирующий аппарат, датчик фазного тока, при этом входные силовые цепи коммутирующего аппарата подключены к блоку фильтра радиопомех и защиты от перенапряжений, выходная силовая цепь подключена к датчику фазного тока, первый выход которого соединен с первичной обмоткой трансформатора, вход сглаживающего фильтра соединен с первым выходом управляемого выпрямителя, а выход соединен с первой шиной нагрузки источника постоянного напряжения, датчик ограничения и стабилизации выходного тока, вход которого соединен со вторым выходом управляемого выпрямителя, а выход соединен со второй шиной нагрузки источника постоянного напряжения, фильтр радиопомех и защиты от перенапряжений, содержащий ограничители напряжений и конденсаторы, в котором ограничители напряжения и конденсаторы включены между шинами нагрузки источника постоянного напряжения, между шиной нагрузки источника постоянного напряжения и корпусом, последовательно соединенные трансформатор питания защиты, выпрямитель и исполнительный орган защиты, при этом вход трансформатора питания защиты подключен к входным силовым цепям коммутирующего аппарата, а выходные цепи исполнительного органа защиты включены последовательно в цепь питания коммутирующего аппарата, блок активного фильтра, первый вход которого предназначен для подключения сигнала обратной связи, блок управления, содержащий блок защиты, первый вход которого подключен ко второму выходу датчика фазного тока, третий вход подключен ко второму выходу датчика ограничения и стабилизации выходного тока, выход подключен ко второму входу исполнительного органа защиты, и последовательно соединенные трансформатор питания, блок источников питания, источник опорного напряжения, блок усилителей сигналов рассогласования, который снабжен схемой управления счетчиком времени наработки и вторым усилителем сигнала рассогласования, при этом в выходные цепи обоих усилителей сигналов рассогласования включены развязывающие диоды, третьи входы первого и второго усилителей сигналов рассогласования и схемы управления счетчиком времени наработки соединены с первьм входом блока усилителей сигналов рассогласования, вторые входы первого и второго усилителей сигналов рассогласования и схемы управления счетчиком времени наработки соединены со вторым входом блока усилителей сигналов рассогласования, первый вход второго усилителя сигнала рассогласования соединен с третьим входом блока усилителей сигналов рассогласования, четвертый вход блока усилителей сигналов рассогласования соединен с первыми входами первого усилителя сигнала рассогласования и схемы управления счетчиком времени наработки, выход схемы управления счетчиком времени наработки соединен с третьим выходом блока усилителей сигналов рассогласования, блок формирования импульсов, к первому входу которого подключен выход второго усилителя сигнала рассогласования, и блок усилителя мощности, выход которого соединен со вторым входом управляемого выпрямителя, второй вход соединен со вторым выходом блока источников питания и вторыми входами блока активного фильтра, блока защиты, блока формирования импульсов и блока усилителей сигналов рассогласования, при этом третий и четвертый входы которого подключены ко второму выходу датчика ограничения и стабилизации выходного тока и к выходу блока активного фильтра, третий и четвертый выходы трансформатора питания подключены к третьему входу блока формирования импульсов и к третьему входу блока усилителя мощности, вход соединен с первичной обмоткой трансформатора, счетчик времени наработки и блок активного фильтра, содержащий последовательно соединенные делитель напряжения, повторитель напряжения и активный фильтр низких частот, при этом выход активного фильтра низких частот подключен к выходу блока активного фильтра, вход делителя напряжения подключен к первому входу блока активного фильтра, вторые входы повторителя напряжения и активного фильтра низких частот подключены ко второму входу блока активного фильтра, второй вход блока источников питания подключен ко второму выходу трансформатора питания, третий вход блока источников питания подключен к третьему выходу блока усилителей сигналов рассогласования, в котором выход первого усилителя сигнала рассогласования соединен с первым выходом блока усилителей сигналов рассогласования, выход второго усилителя сигнала рассогласования соединен со вторым выходом блока усилителей сигналов рассогласования, третий выход блока источников питания подключен к счетчику времени наработки, вторая выходная силовая цепь коммутирующего аппарата соединена с первичной обмоткой трансформатора, сглаживающий фильтр снабжен компенсационной обмоткой и введен переключатель режимов работы, первый вход которого подключен к четвертому выходу блока источников питания, второй вход подключен к первому выходу блока усилителей сигналов рассогласования, выход подключен к первому входу блока формирования импульсов.

Недостатками этого источника постоянного напряжения являются: индустриальные радиопомехи, создаваемые источником, большая масса сглаживающего фильтра, импульсное потребление тока из питающей сети при регулировании величины выходного тока источника, отсутствуют защита блока управления от перенапряжений и контроль величины защитного тока на подземном металлическом сооружении счетчиком времени наработки.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является источник постоянного напряжения (Патент №2340999, Н02М 7/12, 2008. Бюл. №34), содержащий:

1) последовательно соединенные трансформатор и управляемый выпрямитель, сглаживающий фильтр, усилитель сигнала рассогласования, источник опорного напряжения, блок фильтра радиопомех и защиты от перенапряжений, содержащий индуктивности, ограничители напряжений и конденсаторы, причем индуктивности включены в шины питания источника постоянного напряжения, ограничители напряжения подключены к шинам питания источника постоянного напряжения и корпусу, а конденсаторы включены между шинами питания источника постоянного напряжения, между шинами питания источника постоянного напряжения и корпусом, коммутирующий аппарат, датчик фазного тока, при этом входные силовые цепи коммутирующего аппарата подключены к блоку фильтра радиопомех и защиты от перенапряжений, выходная силовая цепь подключена к датчику фазного тока, первый выход которого соединен с первичной обмоткой трансформатора, вход сглаживающего фильтра соединен с первым выходом управляемого выпрямителя, а выход соединен с первой шиной нагрузки источника постоянного напряжения, датчик ограничения и стабилизации выходного тока, вход которого соединен со вторым выходом управляемого выпрямителя, а выход соединен со второй шиной нагрузки источника постоянного напряжения, фильтр радиопомех и защиты от перенапряжений, содержащий ограничители напряжений и конденсаторы, в котором ограничители напряжения и конденсаторы включены между шинами нагрузки источника постоянного напряжения, между шиной нагрузки источника постоянного напряжения и корпусом, последовательно соединенные трансформатор питания защиты, выпрямитель и исполнительный орган защиты, при этом вход трансформатора питания защиты подключен к входным силовым цепям коммутирующего аппарата, а выходные цепи исполнительного органа защиты включены последовательно в цепь питания коммутирующего аппарата, блок активного фильтра, содержащий последовательно соединенные первый делитель напряжения и первый повторитель напряжения, активный фильтр низких частот, при этом выход активного фильтра низких частот подключен к выходу блока активного фильтра, вход первого делителя напряжения подключен к первому входу блока активного фильтра, предназначенному для подключения сигнала обратной связи, вторые входы первого повторителя напряжения и активного фильтра низких частот подключены ко второму входу блока активного фильтра, и последовательно соединенные второй делитель напряжения, второй повторитель напряжения и переключатель каналов, выход которого подключен к первому входу активного фильтра низких частот, вход второго делителя напряжения подключен к третьему входу блока активного фильтра, предназначенному для подключения сигнала обратной связи, второй вход второго повторителя напряжения подключен ко второму входу блока активного фильтра, выход первого повторителя напряжения подключен ко второму входу переключателя каналов, счетчик времени наработки, блок управления, содержащий блок защиты, первый вход которого подключен ко второму выходу датчика фазного тока, третий вход подключен ко второму выходу датчика ограничения и стабилизации выходного тока, выход подключен ко второму входу исполнительного органа защиты, и последовательно соединенные трансформатор питания, блок источников питания, источник опорного напряжения, блок усилителей сигналов рассогласования, который снабжен схемой управления счетчиком времени наработки и вторым усилителем сигнала рассогласования, при этом в выходные цепи обоих усилителей сигналов рассогласования включены развязывающие диоды, третьи входы первого и второго усилителей сигналов рассогласования и схемы управления счетчиком времени наработки соединены с первым входом блока усилителей сигналов рассогласования, вторые входы первого и второго усилителей сигналов рассогласования и схемы управления счетчиком времени наработки соединены со вторым входом блока усилителей сигналов рассогласования, первый вход второго усилителя сигнала рассогласования соединен с третьим входом блока усилителей сигналов рассогласования, четвертый вход блока усилителей сигналов рассогласования соединен с первыми входами первого усилителя сигнала рассогласования и схемы управления счетчиком времени наработки, выход схемы управления счетчиком времени наработки соединен с третьим выходом блока усилителей сигналов рассогласования, выход первого усилителя сигнала рассогласования соединен с первым выходом блока усилителей сигналов рассогласования, выход второго усилителя сигнала рассогласования соединен со вторым выходом блока усилителей сигналов рассогласования, блок формирования импульсов, к первому входу которого подключен второй выход блока усилителей сигналов рассогласования, и блок усилителя мощности, выход которого соединен со вторым входом управляемого выпрямителя, второй вход соединен со вторым выходом блока источников питания и вторыми входами блока активного фильтра, блока защиты, блока формирования импульсов и блока усилителей сигналов рассогласования, при этом третий и четвертый входы которого подключены ко второму выходу датчика ограничения и стабилизации выходного тока и к выходу блока активного фильтра, третий и четвертый выходы трансформатора питания подключены к третьему входу блока формирования импульсов и к третьему входу блока усилителя мощности, второй вход блока источников питания подключен ко второму выходу трансформатора питания, третий вход блока источников питания подключен к третьему выходу блока усилителей сигналов рассогласования, третий выход блока источников питания подключен к счетчику времени наработки, и переключатель режимов работы, вход которого подключен к первому выходу блока усилителей сигналов рассогласования, а выход подключен к первому входу блока формирования импульсов, вторая выходная силовая цепь коммутирующего аппарата соединена с первичной обмоткой трансформатора, сглаживающий фильтр снабжен компенсационной обмоткой, последовательно соединенными трансформатором питания блока ручного регулирования и блоком ручного регулирования, блоком защиты от перенапряжений, первый вход которого подключен ко второму выходу трансформатора питания защиты, второй вход подключен к первому выходу датчика фазного тока, а выход соединен со вторым входом трансформатора питания и с первым входом трансформатора питания блока ручного регулирования, второй вход которого подключен ко второму выходу коммутирующего аппарата и к первому входу трансформатора питания, выход блока ручного регулирования соединен со вторым входом управляемого выпрямителя, при этом блок ручного регулирования автоматически включается в работу при отказе блока управления, и блоком контроля тока, первый вход которого подключен ко второму выходу датчика ограничения и стабилизации выходного тока, второй вход подключен ко второму выходу блока источников питания, а выход подключен ко второму входу переключателя режимов работы;

2) последовательно соединенные трансформатор и управляемый выпрямитель, сглаживающий фильтр, усилитель сигнала рассогласования, источник опорного напряжения, блок фильтра радиопомех и защиты от перенапряжений, содержащий индуктивности, ограничители напряжений и конденсаторы, причем индуктивности включены в шины питания источника постоянного напряжения, ограничители напряжения подключены к шинам питания источника постоянного напряжения и корпусу, а конденсаторы включены между шинами питания источника постоянного напряжения, между шинами питания источника постоянного напряжения и корпусом, коммутирующий аппарат, датчик фазного тока, при этом входные силовые цепи коммутирующего аппарата подключены к блоку фильтра радиопомех и защиты от перенапряжений, выходная силовая цепь подключена к датчику фазного тока, первый выход которого соединен с первичной обмоткой трансформатора, вход сглаживающего фильтра соединен с первым выходом управляемого выпрямителя, а выход соединен с первой шиной нагрузки источника постоянного напряжения, датчик ограничения и стабилизации выходного тока, вход которого соединен со вторым выходом управляемого выпрямителя, а выход соединен со второй шиной нагрузки источника постоянного напряжения, фильтр радиопомех и защиты от перенапряжений, содержащий ограничители напряжений и конденсаторы, в котором ограничители напряжения и конденсаторы включены между шипами нагрузки источника постоянного напряжения, между шиной нагрузки источника постоянного напряжения и корпусом, последовательно соединенные трансформатор питания защиты, выпрямитель и исполнительный орган защиты, при этом вход трансформатора питания защиты подключен к входным силовым цепям коммутирующего аппарата, а выходные цепи исполнительного органа защиты включены последовательно в цепь питания коммутирующего аппарата, блок активного фильтра, содержащий последовательно соединенные делитель напряжения, повторитель напряжения и активный фильтр низких частот, при этом выход активного фильтра низких частот подключен к выходу блока активного фильтра, вход делителя напряжения подключен к первому входу блока активного фильтра, предназначенному для подключения сигнала обратной связи, вторые входы повторителя напряжения и активного фильтра низких частот подключены ко второму входу блока активного фильтра, счетчик времени наработки, блок управления содержащий блок защиты, первый вход которого подключен ко второму выходу датчика фазного тока, третий вход подключен ко второму выходу датчика ограничения и стабилизации выходного тока, выход подключен ко второму входу исполнительного органа защиты, и последовательно соединенные трансформатор питания, блок источников питания, источник опорного напряжения, блок усилителей сигналов рассогласования, который снабжен схемой управления счетчиком времени наработки и вторым усилителем сигнала рассогласования, при этом в выходные цепи обоих усилителей сигналов рассогласования включены развязывающие диоды, третьи входы первого и второго усилителей сигналов рассогласования и схемы управления счетчиком времени наработки соединены с первым входом блока усилителей сигналов рассогласования, вторые входы первого и второго усилителей сигналов рассогласования и схемы управления счетчиком времени наработки соединены со вторым входом блока усилителей сигналов рассогласования, первый вход второго усилителя сигнала рассогласования соединен с третьим входом блока усилителей сигналов рассогласования, четвертый вход блока усилителей сигналов рассогласования соединен с первыми входами первого усилителя сигнала рассогласования и схемы управления счетчиком времени наработки, выход схемы управления счетчиком времени наработки соединен с третьим выходом блока усилителей сигналов рассогласования, выход первого усилителя сигнала рассогласования соединен с первым выходом блока усилителей сигналов рассогласования, выход второго усилителя сигнала рассогласования соединен со вторым выходом блока усилителей сигналов рассогласования, блок формирования импульсов, к первому входу которого подключен второй выход блока усилителей сигналов рассогласования, и блок усилителя мощности, выход которого соединен со вторым входом управляемого выпрямителя, второй вход соединен со вторым выходом блока источников питания и вторыми входами блока активного фильтра, блока защиты, блока формирования импульсов и блока усилителей сигналов рассогласования, при этом третий и четвертый входы которого подключены ко второму выходу датчика ограничения и стабилизации выходного тока и к выходу блока активного фильтра, третий и четвертый выходы трансформатора питания подключены к третьему входу блока формирования импульсов и к третьему входу блока усилителя мощности, второй вход блока источников питания подключен ко второму выходу трансформатора питания, третий вход блока источников питания подключен к третьему выходу блока усилителей сигналов рассогласования, третий выход блока источников питания подключен к счетчику времени наработки, и переключатель режимов работы, вход которого подключен к первому выходу блока усилителей сигналов рассогласования, а выход подключен к первому входу блока формирования импульсов, вторая выходная силовая цепь коммутирующего аппарата соединена с первичной обмоткой трансформатора, сглаживающий фильтр снабжен компенсационной обмоткой, последовательно соединенными трансформатором питания блока ручного регулирования и блоком ручного регулирования, блоком защиты от перенапряжений, первый вход которого подключен ко второму выходу трансформатора питания защиты, второй вход подключен к первому выходу датчика фазного тока, а выход соединен со вторым входом трансформатора питания и с первым входом трансформатора питания блока ручного регулирования, второй вход которого подключен ко второму выходу коммутирующего аппарата и к первому входу трансформатора питания, выход блока ручного регулирования соединен со вторым входом управляемого выпрямителя, при этом блок ручного регулирования автоматически включается в работу при отказе блока управления, и блоком контроля тока, первый вход которого подключен ко второму выходу датчика ограничения и стабилизации выходного тока, второй вход подключен ко второму выходу блока источников питания, а выход подключен ко второму входу переключателя режимов работы.

Недостатками этого источника постоянного напряжения являются: индустриальные радиопомехи, создаваемые источником, большая масса источника постоянного напряжения, импульсное потребление тока из питающей сети при регулировании величины выходного тока источника, ручное регулирование нестабилизорованного выходного тока, что приводит к изменению его заданной величины при изменении напряжения питающей сети.

Технический результат - повышена надежность катодной защиты подземного металлического сооружения, отсутствуют индустриальные радиопомехи, создаваемые источником, снижена масса источника постоянного напряжения, отсутствует импульсное потребление тока из питающей сети при регулировании величины выходного тока источника, применены более простой способ регулирования стабилизированного выходного тока и более простая принципиальная схема управления.

Технический результат достигается тем, что источник постоянного напряжения снабжен регулятором тока, первый вход которого подключен к первому выходу выпрямителя, а выход соединен с первой шиной нагрузки источника постоянного напряжения, блоком управления регулятором тока, второй вход которого подключен ко второму входу блока усилителей сигналов, выход подключен ко второму входу регулятора тока, а первый вход соединен с первым выходом переключателя режимов работы, второй выход которого подключен к третьему входу блока контроля тока и счетчиком времени наличия защитного потенциала (тока), первый вход которого подключен к четвертому выходу блока источников питания, а второй вход подключен ко второму выходу блока контроля тока.

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить соответствие их критерию "новизна".

При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены и потому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".

На фиг.1 представлена функциональная схема источника постоянного напряжения.

Источник постоянного напряжения состоит из блока защиты от перенапряжений 1, коммутирующего аппарата 2, датчика фазного тока 3, трансформатора 4, выпрямителя 5, сглаживающего фильтра 6, регулятора тока 7, датчика выходного тока 8, блока защиты от грозовых перенапряжений 9, трансформатора питания защиты 10, выпрямителя защиты 11, исполнительного органа защиты 12, блока защиты от перенапряжений 13, счетчика времени наработки 14, счетчика времени наличия защитного потенциала (тока) 15, блока управления 16, трансформатора питания блока управления 17, блока источников питания 18, блока усилителей сигналов 19, блока управления регулятором тока 20, блока защиты 21, блока контроля тока 22, переключателя режимов работы 23, блока активного фильтра 24, делителя напряжения 25, повторителя напряжения 26 и активного фильтра низких частот 27.

Трансформатор питания блока управления 17, блок источников питания 18, блок усилителей сигналов 19, блок управления регулятором тока 20, блок защиты 21, блок контроля тока 22 и переключатель режимов работы 23 составляют блок управления 16 источником постоянного напряжения.

Делитель напряжения 25, повторитель напряжения 26 и активный фильтр низких частот 27 составляют блок активного фильтра 24.

Принцип работы источника постоянного напряжения основан на регулировании выходного стабилизированного тока путем изменения управляющего напряжения, на базах параллельно включенных транзисторов регулятора тока.

Блок защиты от перенапряжений 1 предназначен для защиты от перенапряжений на шинах питания источника постоянного напряжения.

Ограничители напряжения снижают амплитуду импульсов напряжения до допустимых значений на шинах питания источника постоянного напряжения, наводящихся при грозовых разрядах в атмосфере или от действия сетевой коммутационной аппаратуры. Конденсаторы уменьшают крутизну переднего фронта импульсов напряжения. Ограничители напряжения подключены к шинам питания источника постоянного напряжения и к корпусу, а конденсаторы включены между шинами питания источника постоянного напряжения, между шипами питания источника постоянного напряжения и корпусом.

В зависимости от назначения и условий эксплуатации источника постоянного напряжения для повышения надежности защиты дополнительные ограничители напряжения следует включать параллельно.

Коммутирующий аппарат 2 предназначен для включения источника постоянного напряжения в работу, отключения после окончания работы и отключения от питающей сети при возникновении короткого замыкания или перегрузки в источнике постоянного напряжения или в нагрузке.

Датчик фазного тока 3 предназначен для контроля величины тока, протекающего в первичной обмотке трансформатора 4. Датчик фазного тока вырабатывает напряжение пропорциональное фазному току в первичной обмотке трансформатора 4.

Трансформатор 4 предназначен для понижения напряжения питающей сети до требуемого значения и гальванической развязки выходного напряжения источника постоянного напряжения от питающей сети.

Выпрямитель 5 предназначен для выпрямления переменного напряжения, снимаемого с вторичной обмотки трансформатора 4.

Сглаживающий фильтр 6 предназначен для снижения уровня пульсаций выходного тока (напряжения) и повышения коэффициента полезного действия источника постоянного напряжения.

Регулятор тока 7 предназначен для регулирования величины стабилизированного выходного тока.

Датчик выходного тока 8 предназначен для контроля величины тока, протекающего в нагрузке. В качестве датчика выходного тока могут быть использованы: магниточувствительный датчик Холла, позволяющий измерять силу постоянного, переменного и импульсного тока с гальванической развязкой силовых цепей и цепей контроля, с электронной обработкой сигнала (активный фильтр), шунт с электронной обработкой сигнала (активный фильтр) и гальванической развязкой выходных цепей от цепей контроля, трансформатор постоянного тока с электронной обработкой сигнала (активный фильтр) и другие.

Блок защиты от грозовых перенапряжений 9 предназначен для защиты от грозовых перенапряжений на шинах нагрузки источника постоянного напряжения. Он содержит ограничители напряжений и конденсаторы.

В блоке защиты от грозовых перенапряжений 9 ограничители напряжения и конденсаторы включены между шинами нагрузки источника постоянного напряжения, между шиной нагрузки источника постоянного напряжения и корпусом.

Трансформатор питания защиты 10 предназначен для понижения напряжения питающей сети и получения требуемых значений напряжений, гальванической развязки выходных напряжений от питающей сети, обеспечения питанием блока защиты от перенапряжений 13, исполнительного органа защиты 12 при отключении источника постоянного напряжения от питающей сети по причине возникновения короткого замыкания или перегрузки и световой сигнализации, сигнализирующей о состоянии и режимах работы источника постоянного напряжения.

Выпрямитель защиты 11 выпрямляет необходимые напряжения, и обеспечивает питанием исполнительный орган защиты 12 и счетчик времени наработки 14.

Исполнительный орган защиты 12 предназначен для размыкания цепи питания коммутирующего аппарата 2 при возникновении короткого замыкания или перегрузки. При коротком замыкании срабатывает исполнительный орган защиты и размыкает цепь питания коммутирующего аппарата, силовые цепи которого отключают источник постоянного напряжения от питающей сети. Исполнительный орган защиты при этом переходит в другое устойчивое состояние, фиксируя тем самым выключенное состояние коммутирующего аппарата. В качестве исполнительного органа защиты можно использовать реле с блокировочным контактом или электронное реле с памятью.

Блок защиты от перенапряжений 13 обеспечивает отключение от питающей сети трансформатора блока управления на время воздействия перенапряжения в питающей сети.

Счетчик времени наработки 14 учитывает время работы источника постоянного напряжения.

Счетчик времени наличия защитного потенциала (тока) 15 учитывает время работы источника постоянного напряжения в заданном режиме: время наличия заданного защитного потенциала или тока на подземном металлическом сооружении (или какого-либо другого параметра).

Если источник постоянного напряжения стабилизирует заданный защитный потенциал подземного металлического сооружения, когда сигнал обратной связи снимается между электродом сравнения и защищаемым подземным металлическим сооружением, то счетчик времени наличия защитного потенциала (тока) включится в работу только тогда, когда сигнал обратной связи больше или равен заданному защитному потенциалу. При заданном значении выходного тока источника постоянного напряжения счетчик времени наличия защитного потенциала (тока) включится в работу тогда, когда выходной ток больше или равен заданному значению.

Если необходимо будет учитывать время работы источника постоянного напряжения в режиме стабилизации какого-либо другого параметра, тогда следует схему управления счетчиком времени наработки подключить к контуру стабилизации какого-либо другого параметра.

Блок управления 16 обеспечивает функционирование блоков источника постоянного напряжения в выбранном режиме работы: автоматическое поддержание заданного защитного потенциала па подземном металлическом сооружении, поддержание заданного стабилизированного выходного тока, стабилизация какого-либо другого параметра (поддержание постоянной температуры нагрева и т.п.), сигнал обратной связи с которого заводится в источник постоянного напряжения через блок активного фильтра 24.

Трансформатор питания блока управления 17 предназначен для понижения напряжения питающей сети до требуемых значений и гальванической развязки напряжений от питающей сети.

Блок источников питания 18 вырабатывает напряжения, необходимые для питания узлов и блоков источника постоянного напряжения, счетчика времени наличия защитного потенциала (тока) 15 и высокостабилыюе напряжение, которое используется в качестве опорного напряжения в узлах сравнения усилителей сигналов.

Блок усилителей сигналов 19 предназначен для сравнения напряжения обратной связи с опорным напряжением, выработки управляющего напряжения, а также для управления счетчиком времени наличия защитного потенциала (тока) 15. В состав блока усилителей сигналов входят усилитель сигнала рассогласования и схема управления счетчиком времени наличия защитного потенциала (тока) 15.

На фиг.2 представлена функциональная схема блока усилителей сигналов 19.

Где:

28 - усилитель сигнала рассогласования;

29 - схема управления счетчиком времени наличия защитного потенциала (тока) 15.

В блоке усилителей сигналов 19 третьи входы усилителя сигнала рассогласования и схемы управления счетчиком времени наличия защитного потенциала (тока) соединены с первым входом блока усилителей сигналов, вторые входы усилителя сигнала рассогласования и схемы управления счетчиком времени наличия защитного потенциала (тока) соединены со вторым входом блока усилителей сигналов, третий вход блока усилителей сигналов соединен с первыми входами усилителя сигнала рассогласования и схемы управления счетчиком времени наличия защитного потенциала (тока), выход схемы управления счетчиком времени наличия защитного потенциала (тока) соединен со вторым выходом блока усилителей сигналов, выход усилителя сигнала рассогласования соединен с первым выходом блока усилителей сигналов.

Усилитель сигнала рассогласования с интегратором используется для сравнения напряжения обратной связи, снимаемого с блока активного фильтра 24, с опорным напряжением и выработки управляющего напряжения для стабилизации защитного потенциала на подземном металлическом сооружении или какого-либо другого параметра.

Схема управления счетчиком времени наличия защитного потенциала (тока) 15 используется для включения в работу счетчика времени наличия защитного потенциала (тока) при определенной величине сигнала обратной связи. Сигнал обратной связи поступает па вход схемы управления счетчиком времени наличия защитного потенциала (тока), где сравнивается с опорным напряжением, величина которого устанавливается переменным резистором (задатчик порога включения счетчика времени наличия защитного потенциала (тока) 15). Когда сигнал обратной связи равен или больше опорного напряжения, тогда схема управления счетчиком времени наличия защитного потенциала (тока) включает в работу счетчик времени наличия защитного потенциала (тока). Если сигнал обратной связи меньше опорного напряжения, то счетчик времени наличия защитного потенциала (тока) не включится в работу.

Блок управления регулятором тока 20 предназначен для формирования управляющего напряжения, поступающего на регулятор тока 7.

Блок защиты 21 предназначен для защиты источника постоянного напряжения от повреждений в случае возникновения неисправностей и коротких замыканий в нагрузке или внутри источника постоянного напряжения и отключения его от питающей сети.

Блок контроля тока 22 при ручном регулировании стабилизированного выходного тока формирует управляющее напряжение для включения счетчика времени наличия защитного потенциала (тока) 15 в работу, когда выходной ток выпрямителя равен или больше заданного защитного тока.

Переключатель режимов работы 23 предназначен для включения необходимого режима работы источника постоянного напряжения.

Блок активного фильтра 24 предназначен для сглаживания пульсаций напряжения обратной связи, получения высокого входного сопротивления измерительной цепи, снижения погрешности измерения сигаала обратной связи и обеспечивать надежную работу источника постоянного напряжения при наличии сигнала помехи на измерительных цепях.

Применение блока активного фильтра позволяет получить постоянное напряжение на его выходе пропорциональное среднему значению пульсирующего напряжения на его входе.

Делитель напряжения 25 предназначен для получения высокого входного сопротивления блока активного фильтра 10 МОм и снижения величины сигнала помехи переменного синусоидального напряжения частотой 50 Гц, поступающего па вход повторителя напряжения.

Повторитель напряжения 26 предназначен для усиления по мощности сигнала, снимаемого с делителя напряжения, и согласования высокоомного выхода делителя напряжения с низкоомным входом активного фильтра низких частот.

Активный фильтр низких частот 27 предназначен для сглаживания пульсаций напряжения обратной связи и восстановления амплитуды сигнала обратной связи по напряжению.

Делитель напряжения 25, повторитель напряжения 26 и активный фильтр низких частот 27 составляют блок активного фильтра 24.

В блоке активного фильтра последовательно соединены делитель напряжения, повторитель напряжения и активный фильтр низких частот, при этом выход активного фильтра низких частот подключен к выходу блока активного фильтра, вход делителя напряжения подключен к первому входу блока активного фильтра, предназначенному для подключения сигнала обратной связи, вторые входы повторителя напряжения и активного фильтра низких частот подключены ко второму входу блока активного фильтра.

Источник постоянного напряжения работает следующим образом.

Напряжение питающей сети через шины питания источника постоянного напряжения, коммутирующий аппарат 2, датчик фазного тока 3 и вторую выходную силовую цепь коммутирующего аппарата 2 поступает на первичную обмотку трансформатора 4. Выходное напряжение от трансформатора 4 через выпрямитель 5, регулятор тока 7 и датчик выходного тока 8 по шинам нагрузки источника постоянного напряжения поступает в нагрузку. Выходной ток (напряжение) изменяется регулятором тока 7.

Источник постоянного напряжения может работать в двух режимах: ручного регулирования стабилизированного выходного тока и стабилизации какого-либо параметра (защитного потенциала, выходного напряжения, температуры и т.п.) путем изменения величины стабилизированного выходного тока.

При применении источника постоянного напряжения для стабилизации защитного потенциала на подземном металлическом сооружении он работает следующим образом. Сигнал обратной связи снимается между электродом сравнения и защищаемым подземным металлическим сооружением и подается на первый вход блока активного фильтра 24. С выхода блока активного фильтра 24 поступает напряжение, пропорциональное сигналу обратной связи, на третий вход блока усилителей сигналов 19, где сравнивается с заданным опорным напряжением, величина которого устанавливается переменным резистором (задатчик заданного защитного потенциала или какого-либо другого параметра). Опорное напряжение поступает на первый вход блока усилителей сигналов 19 из блока источников питания 18. В результате сравнения образуется сигнал рассогласования, который усиливается усилителем сигнала рассогласования блока усилителей сигналов 19 и в виде управляющего напряжения через первый выход блока усилителей сигналов 19 и переключатель режимов работы 23 поступает на первый вход блока управления регулятором тока 20.

Выходной ток источника постоянного напряжения поднимает защитный потенциал подземного металлического сооружения (по абсолютной величине) до величины заданного защитного потенциала и автоматически поддерживает эту величину на заданном уровне. При уменьшении защитного потенциала на подземном металлическом сооружении система автоматического регулирования блока управления 16 увеличивает выходной ток до такой величины, чтобы защитный потенциал стал равным заданному защитному потенциалу. При увеличении защитного потенциала на подземном металлическом сооружении система автоматического регулирования блока управления 16 уменьшает выходной ток до такой величины, чтобы защитный потенциал стал равным заданному защитному потенциалу. Так осуществляется стабилизация заданного защитного потенциала на подземном металлическом сооружении с высокой точностью.

Для стабилизации выходного напряжения источника постоянного напряжения в качестве сигнала обратной связи необходимо использовать выходное напряжение источника постоянного напряжения. Для этого делитель выходного напряжения подключают к шинам нагрузки. Напряжение обратной связи снимается с делителя и подается на первый вход блока активного фильтра 24. Далее источник постоянного напряжения работает аналогично изложенному выше.

При увеличении выходного напряжения источника постоянного напряжения выше заданного значения система автоматического регулирования блока управления 16 уменьшает выходное напряжение, а при уменьшении выходного напряжения система автоматического регулирования блока управления 16 увеличивает выходное напряжение.

Таким образом поддерживается постоянным выходное напряжение источника постоянного напряжения с высокой точностью.

Например, для поддержания с заданной точностью температуры нагрева печи в качестве сигнала обратной связи используется напряжение, снимаемое с датчика температуры, которое пропорционально температуре нагрева печи. Это напряжение подается на первый вход блока активного фильтра 24. С выхода блока активного фильтра 24 поступает напряжение, пропорциональное сигналу обратной связи, на третий вход блока усилителей сигналов 19. Далее источник постоянного напряжения работает аналогично описанному выше. При повышении температуры печи выше заданного значения система автоматического регулирования блока управления 16 уменьшает выходной ток источника, а при понижении температуры печи - увеличивает выходной ток. Таким образом поддерживается постоянной температура печи с высокой точностью.

Если в нагрузке произойдет короткое замыкание (когда сопротивление нагрузки составляет сотые доли Ома), то напряжение обратной связи, снимаемое с датчика выходного тока 8, резко возрастет по амплитуде. Тогда сработает блок защиты 21 и исполнительный орган защиты выключит коммутирующий аппарат, а, следовательно, отключит источник постоянного напряжения от питающей сети.

При возникновении короткого замыкания внутри источника постоянного напряжения резко возрастет фазный ток в первичной обмотке трансформатора. Так же возрастет по амплитуде напряжение, снимаемое с датчика фазного тока 3, что приведет к срабатыванию блока защиты 21 и исполнительный орган защиты выключит коммутирующий аппарат и отключит источник постоянного напряжения от питающей сети.

При применении источника постоянного напряжения в системе коррозионного мониторинга для защиты от электрохимической коррозии подземных металлических сооружений он может быть дополнительно оборудован зажимами, контакты которых подключены к соответствующим точкам блоков источника постоянного напряжения, для подключения к комплексу телемеханики. Это позволит осуществлять с помощью комплекса телемеханики функции: телеизмерения параметров источника постоянного напряжения, телесигпализации, телеуправления и телерегулировапия. На контактах зажимов с помощью комплекса телемеханики можно будет измерять выходной ток, выходное напряжение, защитный потенциал, потребление электроэнергии (если в источнике постоянного напряжения установлен счетчик электрической энергии), управлять стабилизированным выходным током, контролировать открытое или закрытое состояние двери источника постоянного напряжения, напряжение питающей сети, прерывать выходной ток источника постоянного напряжения, осуществлять другие функции и передавать эту информацию на центральный диспетчерский пункт.

Таким образом, изобретение позволяет повысить надежность катодной защиты подземного металлического сооружения при изменении напряжения питающей сети, обеспечить защиту блока управления от перенапряжений и считать время наличия заданного защитного потенциала (тока) на подземном металлическом сооружении.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в выпрямителях для защиты от электрохимической коррозии подземных металлических сооружений, зарядки аккумуляторов, в установках запуска двигателей самолетов, автомобилей, источниках питания опреснительных установок и других целей. Технический результат заключается в повышении надежности катодной защиты подземного металлического сооружения, в отсутствии индустриальных радиопомех, создаваемых источником, снижении массы источника постоянного напряжения, в отсутствии импульсного потребления тока из питающей сети при регулировании величины выходного тока источника, в применении более простого способа регулирования стабилизированного выходного тока и более простой принципиальной схемы управления. Для этого заявленное устройство содержит блок защиты от перенапряжений, коммутирующий аппарат, датчик фазного тока, трансформатор, выпрямитель, сглаживающий фильтр, датчик выходного тока, блок защиты от грозовых перенапряжений, трансформатор питания защиты, выпрямитель защиты, исполнительный орган защиты, блок защиты от перенапряжений, счетчик времени наработки, блок управления, трансформатор питания блока управления, блок источников питания, блок усилителей сигналов, блок защиты, блок контроля тока, переключатель режимов работы, блок активного фильтра, делитель напряжения, повторитель напряжения и активный фильтр низких частот, снабжен регулятором тока, блоком управления регулятором тока и счетчиком времени наличия защитного потенциала (тока). 2 ил.

Источник постоянного напряжения, содержащий последовательно соединенные трансформатор и выпрямитель, сглаживающий фильтр, блок защиты от перенапряжений, содержащий ограничители напряжений и конденсаторы, причем ограничители напряжения подключены к шинам питания источника постоянного напряжения и корпусу, а конденсаторы включены между шинами питания источника постоянного напряжения, между шинами питания источника постоянного напряжения и корпусом, коммутирующий аппарат, датчик фазного тока, при этом входные силовые цепи коммутирующего аппарата подключены к шинам питания источника постоянного напряжения, выходная силовая цепь подключена к датчику фазного тока, первый выход которого соединен с первым входом трансформатора, входы сглаживающего фильтра соединены с выходами выпрямителя, датчик выходного тока, вход которого соединен со вторым выходом выпрямителя, а выход соединен со второй шиной нагрузки источника постоянного напряжения, блок защиты от грозовых перенапряжений, содержащий ограничители напряжений и конденсаторы, в котором ограничители напряжения и конденсаторы включены между шинами нагрузки источника постоянного напряжения, между шиной нагрузки источника постоянного напряжения и корпусом, последовательно соединенные трансформатор питания защиты, выпрямитель защиты и исполнительный орган защиты, при этом входы трансформатора питания защиты подключены к входным силовым цепям коммутирующего аппарата, а выходные цепи исполнительного органа защиты включены последовательно в цепь питания коммутирующего аппарата, блок активного фильтра, содержащий последовательно соединенные делитель напряжения, повторитель напряжения и активный фильтр низких частот, при этом выход активного фильтра низких частот подключен к выходу блока активного фильтра, вход делителя напряжения подключен к первому входу блока активного фильтра, предназначенному для подключения сигнала обратной связи, вторые входы повторителя напряжения и активного фильтра низких частот подключены ко второму входу блока активного фильтра, счетчик времени наработки, вход которого подключен к выходу выпрямителя защиты, блок управления, содержащий блок защиты, первый вход которого подключен ко второму выходу датчика фазного тока, третий вход подключен ко второму выходу датчика выходного тока, выход подключен ко второму входу исполнительного органа защиты, и последовательно соединенные трансформатор питания блока управления, блок источников питания, блок усилителей сигналов, который снабжен усилителем сигнала рассогласования, третий вход усилителя сигнала рассогласования соединен с первым входом блока усилителей сигналов, второй вход усилителя сигнала рассогласования соединен со вторым входом блока усилителей сигналов, третий вход соединен с первым входом усилителя сигнала рассогласования, а выход усилителя сигнала рассогласования соединен с первым выходом блока усилителей сигналов, блок защиты от перенапряжений, первый вход которого подключен ко второму выходу трансформатора питания защиты, второй вход подключен к первому выходу датчика фазного тока, а выход соединен с первым входом трансформатора питания блока управления, второй вход которого подключен ко второму выходу коммутирующего аппарата и ко второму входу трансформатора, блок контроля тока, первый вход которого подключен ко второму выходу датчика выходного тока, второй вход подключен ко второму выходу блока источников питания и ко вторым входам блока активного фильтра, блока защиты и блока усилителей сигналов, при этом третий вход которого подключен к выходу блока активного фильтра, и переключатель режимов работы, первый вход которого подключен к выходу блока усилителей сигналов, второй вход подключен к третьему выходу блока источников питания, а третий вход подключен к первому выходу блока контроля тока, отличающийся тем, что он снабжен регулятором тока, первый вход которого подключен к первому выходу выпрямителя, а выход соединен с первой шиной нагрузки источника постоянного напряжения, блоком управления регулятором тока, второй вход которого подключен ко второму входу блока усилителей сигналов, выход подключен ко второму входу регулятора тока, а первый вход соединен с первым выходом переключателя режимов работы, второй выход которого подключен к третьему входу блока контроля тока, счетчиком времени наличия защитного потенциала (тока), первый вход которого подключен к четвертому выходу блока источников питания, а второй вход подключен ко второму выходу блока контроля тока и схемой управления счетчиком времени наличия защитного потенциала (тока), первый вход которой соединен с третьим входом блока усилителей сигналов, второй вход соединен со вторым входом блока усилителей сигналов, третий вход соединен с первым входом блока усилителей сигналов, а выход соединен со вторым выходом блока усилителей сигналов.