Преобразователь переменного напряжения в постоянное
Предложен преобразователь переменного напряжения в постоянное, предназначенный для электропитания аппаратуры сложных систем автоматики и телемеханики с повышенными требованиями к функциональной безопасности указанных систем, например, для железнодорожного транспорта, а также для атомной энергетики, авиационной, космической промышленности и др. областей. Преобразователь содержит подключенный через внешний пороговый датчик входного тока и два тепловых предохранителя к однофазному источнику питания входной трансформатор со средней точкой на вторичной обмотке и двухплечевой выпрямитель, собранный на вентилях и включенный между входным трансформатором и нагрузкой. Между средней точкой на вторичной обмотке трансформатора и нагрузкой включен блокиратор, выполненный в виде дросселя большой (порядка 1 Гн) индуктивности. Каждое плечо выпрямителя содержит последовательно соединенные между входным трансформатором и нагрузкой основной токовый предохранитель, основной выпрямительный диод и суммирующий уравниватель токов, выполненный в виде токового трансформатора, дополнительно подключенного через дополнительный выпрямительный диод и дополнительный токовый предохранитель к входному трансформатору. Использование предлагаемой полезной модели позволяет существенно повысить функциональную безопасность эксплуатации любых сложных систем автоматики и телемеханики ("силовой электроники"), агрегаты (аппаратура) которых питаются постоянным током от диодных выпрямителей и осуществляется постоянный контроль исправности систем по наличию потребляемого тока. 1 н.п.ф., 1 л. илл.
Полезная модель относится к области электротехники, а более конкретно - к устройствам для питания постоянным напряжением от источника переменного напряжения различных потребителей, преимущественно, для железнодорожного транспорта, а также может использоваться для "пассивных систем безопасности" (не зависящих от "человеческого фактора") в атомной промышленности, в авиационной, космической и др. областях.
Известны различные конструкции преобразователей переменного напряжения в постоянное. Известны, например, преобразователи по по патентам РФ на изобретения NN: 1066000, Н02М 7/06, 1984; 2051468, Н02М 7/06, 1995; 2239275, |Н02М 7/06, 2004; 2311718, Н02М 7/06, 2007; 2321941, Н02М 7/06, 2008. Известны также выпрямительные устройства для обслуживания электрических железнодорожных систем по патенту Великобритании N 1018025, Н02М 7/06, 1966 (патентовладелец - фирма ЭРЛИКОН /Швейцария/), а также по патенту Германии N 102005042293, Н02М 7/06, 2007 (патентовладелец - фирма SIEMENS AG /Германия/), преобразователь по патенту США N 4084217. Известен также типовой двухполупериодный выпрямитель по книге Б.И.Артамонова и А.А.Бокуняева "Источники электропитания радиоустройств", М., Энергоиздат, 1982, с.14-15 и др.
Все эти устройства хотя и обеспечивают надежную работу агрегатов (аппаратуры), которые от них питаются электричеством, однако они не обеспечивают безопасной работы систем, в которых указанные агрегаты установлены, например, систем сложной железнодорожной автоматики, в которых, как показывает практика, может иметь место неправильное функционирование аппаратуры.
Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому эффекту от его использования к заявляемому решению является конструкция преобразователя по патенту РФ на изобретение N 2051468, Н02М 7/06, 1995.
Данный преобразователь содержит подключенный к однофазному источнику питания входной трансформатор со средней точкой на вторичной обмотке и выпрямитель, собранный на вентилях по мостовой схеме и включенный между входным трансформатором и нагрузкой (потребителем). Крайние выводы обмотки соединены соответственно через дроссель и конденсатор с первой и второй диагональю переменного тока выпрямителя, а общая точка соединения двух обмоток через дроссель - с третьей диагональю выпрямителя. Применение дополнительного дросселя, включенного в третью диагональ переменного тока выпрямителя, позволяет выбрать параметры схемных элементов в соотношении, обеспечивающем уменьшение реактивной составляющей в потребляемом токе и колебаний напряжения сети. Увеличение индуктивности контуров тока, проходящих через конденсатор, приводит к снижению высших гармоник в потребляемом токе.
Данный преобразователь так же, как и остальные известные преобразователи, хотя и позволяет обеспечить надежную работу питаемых ими агрегатов (аппаратуры), но не может обеспечить гарантированно безопасную работу сложных автоматизированных систем, в которых эти агрегаты установлены, поскольку не обеспечивает возможность регистрации выхода из строя любого элемента (например, вплоть до полного выгорания электрошкафа). В то же время известно, что на железных дорогах отказ любого элемента преобразователя может привести к неправильному функционированию системы контроля и к созданию аварийной ситуации.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является расширение арсенала уже имеющихся технических средств определенного назначения путем обеспечения гарантированной безопасности работы сложных автоматизированных систем, содержащих ответственные агрегаты (аппаратуру), работающие на постоянном напряжении, при обеспечении надежной работы питаемых агрегатов (аппаратуры).
Поставленная задача решается в первую очередь с помощью технического результата, получаемого от использования заявляемой полезной модели, и заключающегося в обеспечении безопасной работы сложных систем типа железнодорожной автоматики и телемеханики при любых нештатных ситуациях с электропитанием их агрегатов (аппаратуры) со своевременным выявлением неполадки (в полном соответствии с требованиями отраслевого стандарта ОАО РЖД ОСТ 32.146-2000 "Аппаратура железнодорожной автоматики, телемеханики и связи" а также руководящего технического материала ОАО РЖД РТМ 32 ЦШ 1115842.02-94. "Безопасность железнодорожной автоматики и телемеханики") путем обеспечения гарантированного перевода при неправильном функционировании любого элемента (блока) преобразователя в режим отключения преобразователя от сети (обеспечивая тем самым повышенную "отказочувствительность" преобразователя).
Указанный технический результат достигается тем, что в известном преобразователе, содержащем подключенный к однофазному источнику питания входной трансформатор со средней точкой на вторичной обмотке и двухплечевой выпрямитель, собранный на вентилях и включенный между входным трансформатором и нагрузкой,
во-первых, входной трансформатор подключен к источнику питания через внешний пороговый датчик входного тока и через последовательно соединенные между собой первый и второй тепловые предохранители,
во-вторых, между средней точкой на вторичной обмотке трансформатора и нагрузкой включен блокиратор, выполненный в виде дросселя большой (порядка 1 Гн) индуктивности,
в-третьих, первое ("верхнее") плечо выпрямителя содержит последовательно соединенные между входным трансформатором и нагрузкой первый токовый предохранитель, первый выпрямительный диод и первый суммирующий уравниватель токов, выполненный в виде токового трансформатора, дополнительно подключенного через второй выпрямительный диод и второй токовый предохранитель к входному трансформатору,
в-четвертых, второе ("нижнее") плечо выпрямителя содержит последовательно соединенные между входным трансформатором и нагрузкой третий токовый предохранитель, третий выпрямительный диод и второй суммирующий уравниватель токов, выполненный в виде токового трансформатора, дополнительно подключенного через четвертый выпрямительный диод и четвертый токовый предохранитель к входному трансформатору.
Введение в конструкцию преобразователя напряжения дополнительных блоков и элементов, а также особое выполнение уже имеющихся блоков и элементов позволяют существенно повысить безопасность эксплуатации любых сложных систем автоматики и телемеханики ("силовой электроники"), агрегаты (аппаратура) которых питаются постоянным током от диодных выпрямителей и осуществляется постоянный контроль исправности систем по наличию потребляемого тока.
Заявляемая полезная модель пояснена чертежом, на котором показана функциональная схема предлагаемого преобразователя.
Предлагаемый преобразователь содержит подключенный к однофазному источнику питания через внешний пороговый датчик 1 входного тока и через последовательно соединенные между собой первый 2 и второй 3 тепловые (термо) предохранители входной трансформатор 4 со средней точкой на вторичной обмотке и двухплечевой выпрямитель, собранный на вентилях и включенный между входным трансформатором 4 и нагрузкой 5. Между средней точкой на вторичной обмотке трансформатора 4 и нагрузкой 5 включен блокиратор 6, выполненный в виде дросселя большой (порядка 1 Гн) индуктивности.
Первое ("верхнее") плечо выпрямителя содержит последовательно соединенные между входным трансформатором 4 и нагрузкой 5 первый токовый предохранитель 7, первый выпрямительный диод 8 и первый 9 суммирующий уравниватель токов, выполненный в виде токового трансформатора, дополнительно подключенного через второй выпрямительный диод 10 и второй токовый предохранитель 11 к входному трансформатору 4.
Второе ("нижнее") плечо выпрямителя содержит последовательно соединенные между входным трансформатором 4 и нагрузкой 5 третий токовый предохранитель 12, третий выпрямительный диод 13 и второй 14 суммирующий уравниватель токов, выполненный в виде токового трансформатора, дополнительно подключенного через четвертый выпрямительный диод 15 и четвертый токовый предохранитель 16 к входному трансформатору 4.
Предлагаемый преобразователь эксплуатируется следующим образом.
1. ШТАТНЫЙ РЕЖИМ
В штатном режиме преобразователь работает как обычный диодный двухполупериодный выпрямитель.
2. ОТКАЗ типа "ОТРЫВ".
Поскольку предлагаемый преобразователь как двухполупериодный выпрямитель со средней точкой подключен к нагрузке 5 через дроссель-блокиратор 6 с большой индуктивностью (порядка 1 Гн), то при полном отрыве одного плеча выпрямителя (например, при одновременном выходе из строя обоих диодов 8 и 10 или 13 и 15), выпрямитель становится однополупериодным, и резко разрывный ток дросселя-блокиратора 6 способен нарастать только на одном из полупериодов, полностью спадая до нуля в паузе. Возникающее при этом поле подмагничивания в сердечнике трансформатора 4 недостаточно для значительного роста тока холостого хода. Ток нагрузки при этом значительно меньше тока холостого хода.
2. ОТКАЗ типа "УВЕЛИЧЕНИЕ ТОКА УТЕЧКИ".
Данный вид отказа фиксируется с помощью пережигания термопредохранителей 2 и 3, находящихся в тепловом контакте с корпусами диодов, за счет выделения тепла током утечки, протекающим между точками с потенциалом, удвоенным по отношению к напряжению питания (верхний и нижний выводы вторичной обмотки трансформатора 4).
Утечка тепла исключена конструктивно, например, с помощью применения изолирующих "воздушных" прокладок (теплоиэолирующих стекловолоконных шайб), установленных между крепежными плоскостями печатной платы и прижимной пластины и диодами, а также за счет выбора оптимальной площади печатной платы и находящихся на ней печатных дорожек.
3. ОТКАЗ типа "КОРОТКОЕ ЗАМЫКАНИЕ".
При данном типе отказа имеет место короткое замыкание диодной структуры сопротивлением порядка долей Ом при рассогласовании по мощности с источником питающего напряжения (в отличие от обычной утечки тока). Выявление данного вида отказов обеспечивается созданием условий для облегчения пережигания токовых предохранителей 7, 11, 12 и 16, что достигается дроблением каждого из плеч выпрямителя на две параллельных цепи с симметрированием токов отдельных диодов в каждом плече индуктивными делителями напряжения - первым 9 и вторым 14 суммирующими уравнивателями токов, выполненными в виде токовых трансформатора.
Использование предлагаемой полезной модели позволяет:
1. Существенно повысить функциональную безопасность эксплуатации любых сложных систем автоматики и телемеханики ("силовой электроники"), агрегаты (аппаратура) которых питаются постоянным током от диодных выпрямителей и осуществляется постоянный контроль исправности систем по наличию потребляемого тока.
2. Значительно повысить безопасность движения на железнодорожных магистралях даже в условиях очень большого повышения интенсивности использования железных дорог и возрастания скоростей используемых при этом современных транспортных средств путем обеспечения безопасной работы систем железнодорожной автоматики и телемеханики при любых нештатных ситуациях с электропитанием их агрегатов со своевременным выявлением и устранением неполадок в работе оборудования.
Преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий подключенный к однофазному источнику питания входной трансформатор со средней точкой на вторичной обмотке и двухплечевой выпрямитель, собранный на вентилях и включенный между входным трансформатором и нагрузкой, отличающийся тем, что входной трансформатор подключен к источнику питания через внешний пороговый датчик входного тока, и через последовательно соединенные между собой первый и второй тепловые предохранители, между средней точкой на вторичной обмотке трансформатора и нагрузкой включен блокиратор, выполненный в виде дросселя большой (порядка 1 Гн) индуктивности, первое плечо выпрямителя содержит последовательно соединенные между входным трансформатором и нагрузкой первый токовый предохранитель, первый выпрямительный диод и первый суммирующий уравниватель токов, выполненный в виде токового трансформатора, дополнительно подключенного через второй выпрямительный диод и второй токовый предохранитель к входному трансформатору, второе плечо выпрямителя содержит последовательно соединенные между входным трансформатором и нагрузкой третий токовый предохранитель, третий выпрямительный диод и второй суммирующий уравниватель токов, выполненный в виде токового трансформатора, дополнительно подключенного через четвертый выпрямительный диод и четвертый токовый предохранитель к входному трансформатору.
