ПОЛИФАЗНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ СТАНЦИИ КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ Российский патент 2024 года по МПК C23F13/04 

Изобретение относится к области энергетики, а именно к области преобразовательной электротехники, в частности к способам управления импульсными силовыми преобразователями для организации питания станций катодной защиты, применяемых для защиты от коррозии подземных металлических сооружений.

Известна импульсная станция катодной защиты подземных сооружений, содержащая выпрямитель, плюсовой вход которого через силовой транзистор подключен к плюсовому выводу, а минусовой вход через датчик тока - к минусовому выводу, силовой диод, включенный встречно параллельно выходу (см. патент РФ на ПМ №122656, по кл. МПК C23F 13/04, 2012).

Недостатком данной станции является применение одного силового транзистора (ключа) для преобразования постоянного тока в переменный ток высокой частоты, что ограничивает выходную мощность станции и его КПД.

Известен источник электропитания станции катодной защиты, содержащее сетевой фильтр радиопомех, подключенный к сетевому выпрямителю, активный фильтр, нагрузкой которого является высокочастотный инвертор, включающий в себя два коммутатора, коммутационный контур с резонансным конденсатором и двумя резонансными дросселями, преобразующий постоянное напряжение в высокочастотное переменное для питания трансформатора, вторичная обмотка которого соединена с выпрямительным мостом, выходной сглаживающий фильтр для сглаживания пульсаций выходного напряжения, подключенный к выпрямительному мосту, управляемый выходным напряжением, дополнительный дроссель высокочастотного инвертора, включенный последовательно с первичной обмоткой трансформатора (см. патент РФ на ИЗ №2406784, по кл. МПК C23F 13/04, 2010).

Недостатком данного устройства является высокочастотная двухтактная схема резонансного инвертора с двумя ключами, для преобразования постоянного тока в переменный ток высокой частоты с последующим выпрямлением и сглаживающей фильтрацией. В данной схеме ключами являются силовые транзисторы, которые при увеличении потребляемой нагрузки имеют ограничения по КПД за счет ограничения выходной мощности.

Наиболее близким, по технической сущности к заявляемому техническому решению, выбран преобразователь напряжения для катодной защиты, который содержит сетевой фильтр радиопомех, подключенный к сетевому выпрямителю, активный фильтр, нагрузкой которого является высокочастотный инвертор, преобразующий постоянное напряжение в высокочастотное переменное для питания трансформатора, вторичная обмотка которого соединена с выпрямительным мостом, выходной сглаживающий фильтр для сглаживания пульсаций выходного напряжения, подключенный к выпрямительному мосту, а сам преобразователь напряжения для катодной защиты выполнен в виде силовых модулей, причем каждый силовой модуль снабжен цифровой схемой управления (см. патент РФ на ПМ №116728, по кл. МПК H04R 3/00, 2011).

Недостатком данного преобразователя является наличие силовых модулей с использованием в схеме большего количества параллельных электронных элементов (входного сетевого фильтра, сетевого выпрямителя и активного фильтра), что увеличивает массу и габариты, приводит к большей потере энергии в полупроводниковых ключах при коммутации цепей инвертора и, следовательно, к снижению надежности.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении надежности преобразователя напряжения для станции катодной защиты.

Указанная задача решается тем, что полифазный преобразователь напряжения для станции катодной защиты содержит входной сетевой фильтр, подключенный к сетевому выпрямителю, активный фильтр, нагрузкой которого является силовые модули, состоящие из высокочастотного инвертора, обеспечивающего регулировку мощности, основанную на широтно-импульсной (ШИМ) модуляции, дроссель, питающий трансформатор, выпрямительный мост, выходной сглаживающий фильтр, цифровую схему управления с системой телемеханики. Высокочастотный инвертор выполнен в виде высокочастотного-полифазного инвертора, в схему которого включена серия параллельных ключей (Кпф-1, Кпф-2…Кпф-N), управляемых микропроцессором с заданным смещением фаз для каждого ключа и последующим их суммированием под контролем цифровой схемы управления. А силовые модули включены в схему параллельно, непосредственно после активного фильтра.

Технический результат достигается совокупностью всех существенных признаков. Применение высокочастотного-полифазного инвертора, в схему которого включена серия параллельных ключей (Кпф-1, Кпф-2…Кпф-N), управляемых микропроцессором с заданным смещением фаз для каждого ключа и последующим их суммированием под контролем цифровой схемы управления обеспечивает, повышенную надежность, за счет применения в параллели ключей с более низкой токовой нагрузкой, а значить большей рабочей частотой и КПД, а так же возможностью поддержания преобразования тока при выходе из строя одного из ключей в параллели. Параллельное подключение, связанных между собой, силовых модулей обеспечивает, как возможность совместного подключения двух и более потребителей с заданными параметрами по напряжению и току, так и обеспечить требования к станциям катодной защиты наличия силовых модулей основных (рабочих) и резервных, что гарантирует дополнительную надежность преобразователя.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого преобразователя.

Полифазный преобразователя напряжения для станции катодной защиты содержит входной сетевой фильтр 1, сетевой выпрямитель 2, активный фильтр 3, высокочастотный-полифазный инвертор 4, дроссель 5, питающий трансформатор 6, выпрямительный мост 7, выходной сглаживающий фильтр 8, цифровую схему управления 9 и систему телемеханики 10. Функциональная схема аналогична схеме прототипа. Отличие предлагаемого преобразователя от прототипа заключается в использовании высокочастотного-полифазного инвертора 4, в схему которого включена серия параллельных ключей (Кпф-1, Кпф-2…Кпф-N), управляемых микропроцессором с заданным смещением фаз для каждого ключа под контролем цифровой схемы управления 9, причем силовые модули включаются в схему параллельно, непосредственно после активного фильтра 3.

Полифазный преобразователь напряжения для катодной защиты работает следующим образом. Переменное напряжение питающей сети поступает на сетевой фильтр 1, который обеспечивает защиту питающей сети от высокочастотных помех преобразователя. С сетевого фильтра 1 напряжение поступает на сетевой выпрямитель 2, который выпрямляет переменное сетевое напряжение. Выпрямленное сетевое напряжение поступает на активный фильтр 3, который обеспечивает потребление от питающей сети тока, совпадающего по форме с напряжением питающей сети. Выходное постоянное напряжение с активного фильтра 3 поступает на параллельно подключенные силовые модули, высокочастотного-полифазного инвертора 4, который преобразует постоянное напряжение в переменное высокочастотное напряжение. Это напряжение поступает на первичную обмотку трансформатора 6 через дроссель 5 высокочастотного-полифазного инвертора 4, который не дает возможности нарасти току до опасных значений при коротких замыканиях и внутренних повреждениях в преобразователе. Переменное напряжение от вторичной обмотки трансформатора 6 поступает на выпрямительный мост 7, выпрямляется и поступает на выходной сглаживающий фильтр 8, который сглаживает пульсации выходного напряжения. Управление силовым модулем обеспечивает цифровая схема управления 9. Выходы сглаживающих фильтров 8 силовых модулей подключены к нагрузкам преобразователя с дополнительным параллельным подключением между собой через цифровую схему управления 9. Цифровая схема управления 9 обеспечивает контроль, сбор и обработку информации от силовых модулей, хранение ее и передачу в систему телемеханики 10. Количество силовых модулей в параллели может быть более двух.

Таким образом, применение в схеме высокочастотного полифазного инвертора и подключение силовых модулей параллельно, непосредственно после активного фильтра обеспечивает повышение надежности и КПД преобразования напряжения, при снижении массогабаритных показателей полифазного преобразователя напряжения станции катодной защиты с адаптивным регулированием.

Изобретение относится к области энергетики, а именно к области преобразовательной электротехники, в частности к способам управления импульсными силовыми преобразователями для организации питания станций катодной защиты, применяемых для защиты от коррозии подземных металлических сооружений. Полифазный преобразователь напряжения для станций катодной защиты содержит входной сетевой фильтр, подключенный к сетевому выпрямителю, активный фильтр, нагрузкой которого являются силовые модули, состоящие из высокочастотного инвертора, обеспечивающего регулировку мощности, основанную на широтно-импульсной модуляции, дроссель, питающий трансформатор, выпрямительный мост, выходной сглаживающий фильтр, цифровую схему управления с системой телемеханики. Высокочастотный инвертор выполнен в виде высокочастотного полифазного инвертора, в схему которого включена серия параллельных ключей (Кпф-1, Кпф-2, …, Кпф-N), управляемых микропроцессором с заданным смещением фаз для каждого ключа и последующим их суммированием под контролем цифровой схемы управления. А силовые модули включены в схему параллельно, непосредственно после активного фильтра. Таким образом, применение в схеме высокочастотного полифазного инвертора и подключение силовых модулей параллельно, непосредственно после активного фильтра, обеспечивает повышение надежности и КПД преобразования напряжения, при снижении массогабаритных показателей полифазного преобразователя напряжения станции катодной защиты с адаптивным регулированием. 1 ил.

Полифазный преобразователь напряжения для станции катодной защиты, содержащий входной сетевой фильтр, подключенный к сетевому выпрямителю, активный фильтр, нагрузкой которого являются силовые модули, состоящие из высокочастотного инвертора, обеспечивающего регулировку мощности, основанную на широтно-импульсной модуляции (ШИМ), дросселя, питающего трансформатора, выпрямительного моста, выходного сглаживающего фильтра, цифровой схемы управления с системой телемеханики, отличающийся тем, что высокочастотный инвертор выполнен в виде высокочастотного полифазного инвертора, в схему которого включена серия параллельных ключей Кпф-1, Кпф-2, …, Кпф-N, управляемых микропроцессором с заданным смещением фаз для каждого ключа и последующим их суммированием под контролем цифровой схемы управления, а силовые модули включены в схему параллельно, непосредственно после активного фильтра.