Устройство для контроля технического состояния сглаживающего фильтра

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и предназначено для диагностирования сглаживающих фильтров силовых преобразователей. Устройство содержит преобразовательный трансформатор силовой преобразователь, сглаживающий фильтр, измеритель параметров гармоник выпрямленного напряжения, выпрямитель, измерительный однофазный трансформатор. 2 з. п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к преобразовательной технике и предназначено для диагностирования сглаживающих фильтров силовых преобразователей.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, реализующее способ [1] контроля технического состояния сглаживающего фильтра, который подключен входом к силовому выпрямителю, питающемуся от сети трехфазного переменного напряжения, и выходом к цепи нагрузки выпрямителя. Известное устройство контроля содержит измерители параметров гармоник выпрямленного напряжения и интенсивности нагрузочного режима силового выпрямителя. Измеритель интенсивности подключен к цепи пульсирующего тока нагрузки силового выпрямителя и измеряет среднее значение этого тока. Известное устройство не обеспечивает хорошей точности контроля, так как между параметрами гармоник выпрямленного напряжения и характеризующим количественно нагрузочный режим cредним значением выпрямленного тока не существует однозначной зависимости.

Изобретение основано на том, что вход измерителя интенсивности нагрузочного режима подключают к питающей трехфазной сети переменного напряжения. Измеритель интенсивности выполняют в виде измерительного однофазного трансформатора, выпрямителя, блока ограничения амплитуды напряжения, вольтметра или в виде двух измерительных однофазных трансформаторов, выпрямителей, блоков ограничения амплитуды напряжения, транзисторных ключей, резистора, источника постоянного напряжения, вольтметра.

Измеритель интенсивности формирует импульсное напряжение, измеряемое вольтметром, среднее значение которого характеризует нагрузочный режим силового выпрямителя и имеет однозначную зависимость с контролируемыми параметрами гармоник выпрямительного напряжения. При такой зависимости между измеряемыми величинами повышается точность контроля технического состояния сглаживающего фильтра.

На фиг.1 и 2 приведены принципиальные электрические схемы устройства контроля; на фиг.3, 4 диаграммы напряжений; на фиг.5 графики, поясняющие работу устройства.

На фиг.1 показан преобразовательный трансформатор 1, через который силовой преобразователь (выпрямитель) 2 соединен с трехфазной сетью 3 переменного напряжения и питает выпрямленным напряжением нагрузку 4. Объектом контроля является сглаживающий фильтр 5, который состоит из реактора 5.1, емкостного контура 5.2 и подключен входом к выходу выпрямителя 2, выходом к его нагрузке 4. Устройство контроля фильтра 5 содержит измеритель 6 параметров гармоник выпрямленного напряжения (псофометр, селективный вольтметр), который предназначен для подключения к выходу фильтра 5, и измеритель интенсивности нагрузочного режима выпрямителя 2.

Измеритель интенсивности состоит из выпрямителя 7, измерительного однофазного трансформатора 8 с первичной 8.1 и вторичной 8.2 обмотками, блока 9 ограничения амплитуды напряжения и вольтметра 10. Обмотка 8.1 является входом измерителя интенсивности, соединенным с трехфазной сетью переменного напряжения. Блок 9 содержит стабилитрон 9.1 и резистор 9.2. Вольтметр 10 выполнен с возможностью измерения среднего значения импульсного напряжения.

На фиг. 2 показаны элементы 1-6 и измеритель интенсивности нагрузочного режима выпрямителя 2, содержащий первые выпрямитель 7, измерительный однофазный трансформатор 8 с первичной 8.1 и вторичной 8.2 обмотками, блок 9 ограничения амплитуды напряжения, выполненный из стабилитрона 9.1 и резистора 9.2, и вольтметр 10, вторые выпрямители 11, измерительный однофазный трансформатор 12 с первичной 12.1 и вторичной 12.2 обмотками, блок 13 ограничения амплитуды напряжения, выполненный в виде стабилитрона 13.1 и резистора 13.2, первый 14 и второй 15 транзисторные ключи, их общий нагрузочный резистор 16 и источник 17 постоянного стабилизированного напряжения. Обмотки 8.1 и 13.1 используются в качестве входа измерителя интенсивности и подключены одними выводами (концами) к одной фазе, другими к двум другим фазам трехфазной сети переменного напряжения. Ключи 14 и 15 состоят соответственно из транзисторов 14.1 и 15.1, резисторов 14.2 и 15.2.

На диаграммах фиг.3, соответствующих схеме фиг.1, показаны изменяющиеся во времени t напряжение U₁ выпрямителя 7 и напряжение U₂стабилитрона 9.1, которое имеет показанную на схеме полярность. На диаграммах фиг.4, соответствующих схеме фиг.2, показаны изменяющиеся во времени t напряжения U₁ выпрямителей 7, 11 и напряжение U₂ резистора 16. Амплитуда напряжения U₂ равна напряжению источника 17. Искажения напряжений U₁ и U₂ обусловлены коммутацией тока в цепях силового выпрямителя 2, которая периодически повторяется и продолжается в течение времени, равного углу коммутации .

На фиг.5 отложены по горизонтальной оси значения угла по вертикальной оси, выраженные в относительных значениях показания U вольтметра 10 фиг.1 (график 1) и фиг.2 (график 2). Для графика 1 (графика 2) величина U является отношением абсолютного показания вольтметра 10 к напряжению стабилизации стабилитрона 9.1 (к напряжению источника 17).

В процессе определения технического состояния фильтра 5 элементы устройства контроля фиг.1 выполняют такие функции.

Трансформатор 8 потенциально разделяет низковольтные цепи устройства контроля от высоковольтных цепей выпрямителя 2, фильтра 5 и обеспечивает получение необходимой для контроля величины напряжения, которое поступает на выводы обмотки 8.2 и выпрямляется выпрямителем 7. Блок 9, ограничивая амплитуду выходного напряжения выпрямителя 7, формирует на стабилитроне 9.1 периодическую последовательность прямоугольных импульсов напряжения (см.фиг. 3), которые имеют длительность 180 , постоянную амплитуду, равную напряжению стабилизации стабилитрона 9.1 и значительно меньшую амплитуды напряжения обмотки 8.2. Такое соотношение между этими напряжениями позволяет исключить нежелательное влияние процесса коммутации выпрямителя 2 на результаты измерений и обеспечивает формирование прямоугольных импульсов напряжения. Вольтметр 10 измеряет среднее значение напряжения стабилитрона 9.1. Показания вольтметра 10 находятся в линейной зависимости с углом коммутации (см. фиг.5) и характеризуют интенсивность нагрузочного режима выпрямителя 2.

При определении технического состояния фильтра 5 устройством контроля (фиг.2) его элементы выполняют следующие функции.

Трансформаторы 8, 12 и выпрямители 7, 11 выполняют функции, аналогичные функциям трансформатора 8 и выпрямителя 7 (фиг.1). На стабилитронах 9.1 и 13.1 формируются сдвинутые во времени периодические последовательности прямоугольных импульсов напряжения. Импульсы напряжения стабилитрона 9.1 и 13.1 сдвинуты во времени, имеют длительность 180- показанную на схеме полярность, амплитуду, равную падению напряжения на работающих в диодном режиме стабилитронах 9.1 и 13.1, и задают состояние (заперт, отперт) транзисторов 15.1 и 14.1. В интервалы времени t , когда на выводах обмотки 8.2 (12.2) напряжение отсутствует и ток в цепи блока 9 (13) не протекает, под действием напряжения источника 17 в цепи 15.2-15.1 (14.2-14.1) эмиттерно-базового (управляющего) перехода транзистора 15.1 (14.1) протекает ток. Транзистор 15.1 (14.1) отперт, в его выходной цепи 15.1-16 (14.1-16) протекает ток и к резистору 16 прикладывается напряжение источника 17. Напряжение управляющего перехода транзистора 15.1 (14.1) имеет показанную на схеме полярность и прикладывается к выпрямителю 7 (11), стабилитрону 9.1 (13.1), которые не оказывают шунтирующего действия на управляющий переход транзистора 15.1 (14.1), так как напряжение этого перехода меньше прямого напряжения диодов выпрямителя 7 (11) и напряжения стабилизации стабилитрона 9.1 (13.1).

В интервалы времени t 180- когда на выводах обмотки 8.2 (12.2) действует напряжение, в цепи блока 9 )13) протекает ток и напряжение стабилитрона 9.1 (13.1) имеет показанную на схеме полярность. Ток резистора 9.2 (13.2) превышает ток резистора 15.2 (14.2), напряжение стабилитрона 9.1 (13.1) прикладывается к управляющему переходу транзистора 15.1 (14.1) и запирает его. Пpи запертом транзисторе 15.1 (14.1) по резистору 16 ток не протекает.

В результате управления состоянием транзисторов 15.1 (14.1) при помощи периодических последовательностей импульсов напряжения длительностью 180- , получаемых на стабилитронах 9.1(13.1), на резисторе 16 формируется периодическая последовательность импульсов напряжения. Эти импульсы имеют амплитуду, равную неменяющемуся напряжению источника 17, и длительность . Вольтметр 10 измеряет среднее значение напряжения резистора 16. Показания вольтметра 10 находятся в линейной зависимости с углом коммутации (см.фиг.5) и позволяют сделать количественную оценку интенсивности нагрузочного режима выпрямителя 2.

Усложненный вариант устройства (фиг. 2) по сравнению с упрощенным его вариантом (фиг. 1) обеспечивает более удобную для использования зависимость между углом и показаниями вольтметра 10.

Устройство контроля (фиг. 1 и 2) позволяют определить техническое состояние фильтра 5, когда он сглаживает напряжение силового выпрямителя 2, питающего нагрузку 4. Такой контроль выполняют следующим образом. При помощи измерителя 6 измеряют параметры (псофометрическое напряжение, напряжение преобладающей гармоники и т.п.) гармоник сглаженного фильтром 5 напряжения и при этом регистрируют показания вольтметра 10. На основании результатов сравнения измеренных и допустимых значений параметров гармоник, которые соответствуют одинаковым показаниями вольтметра 10 и соответственно одинаковым величинам угла коммутации, определяют техническое состояние контролируемого фильтра 5.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СГЛАЖИВАЮЩЕГО ФИЛЬТРА, входом подключенного к выходу силового выпрямителя, выходом к цепи нагрузки силового выпрямителя, соединенного с трехфазной сетью переменного напряжения, содержащее измеритель параметров гармоник выпрямительного напряжения преобразователя, предназначенный для подключения к выходу сглаживающего фильтра, и измеритель интенсивности нагрузочного режима преобразователя, отличающееся тем, что вход измерителя интенсивности нагрузочного режима подключен к трехфазной сети переменного напряжения.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что измеритель интенсивности нагрузочного режима выполнен в виде измерительного однофазного трансформатора, выпрямителя, блока ограничения амплитуды напряжения и вольтметра, выполненного с возможностью измерения среднего значения импульсного напряжения, причем первичная обмотка измерительного однофазного трансформатора использована как вход измерителя интенсивности нагрузочного режима, подключенный к двум фазам трехфазной сети переменного напряжения, вторичная обмотка подключена к входу выпрямителя, выход которого подключен к входу блока ограничения амплитуды напряжения, выходом соединенного с вольтметром.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что измеритель интенсивности нагрузочного режима выполнен в виде двух измерительных однофазных трансформаторов, двух выпрямителей, двух блоков ограничения амплитуды напряжения, двух транзисторных ключей, резистора, источника постоянного напряжения и вольтметра, причем первичные обмотки измерительных однофазных трансформаторов использованы как вход измерителя интенсивности нагрузочного режима причем одни их концы объединены и подключены к одной фазе трехфазной сети переменного напряжения, а два других подключены соответственно к двум другим фазам трехфазной сети переменного напряжения, вторичные обмотки измерительных однофазных трансформаторов соединены с входами соответствующих выпрямителей, выходы которых подключены к соответствующим блокам ограничения амплитуды напряжения, при этом выходы блоков ограничения подключены к управляющим переходам соответствующих транзисторных ключей, выходы которых объединены и подключены к одному из выводов резистора, другой вывод которого подключен к одному полюсу источника постоянного напряжения, другой полюс которого соединен с входами транзисторных ключей, параллельно резистору подключен вольтметр.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4