Спосіб плавного включення навантаження

Реферат: UA 83614 U UA 83614 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області електротехніки, зокрема до пристроїв перетворення енергетичних параметрів електричної енергії, і може бути використана при створенні джерел вторинного електроживлення, зокрема при розробці і виготовленні пристроїв плавного включення навантаження в мережу або плавного включення енергії, що генерується, в живлячу мережу. Відомі різні вирішення схемотехнік джерел вторинного електроживлення, наприклад: "Імпульсний стабілізатор постійної напруги" (а.с. СРСР № 851370, МПК - З G05F 1/56, Н02М 3/335, БВ - 28-81 p.); "Імпульсний стабілізатор постійної напруги" (а.с. СРСР № 1067486, МПК - З G05F 1/56,BB-284p.); "Імпульсний стабілізатор постійної напруги" (Патент України № 54292 А, МПК - 7 G05F 1/56, бюл. № 2, 2003 p.); "Імпульсний стабілізатор напруги" (Патент України № 64247 А, МПК-7 G05F 1/56, Н02М 3/335, Н02М 7/00, бюл. № 2, 2004 p.). Відомі пристрої реалізують певний алгоритм роботи, проте їх недоліком є неможливість використання їх для реалізації необхідного алгоритму роботи способу, що заявляється. Відомий "Спосіб плавного регулювання величини і фази напруги змінного струму" (Патент РФ № 2266608, МПК-7 Н02М 3/22, Н02М 7/527, G05F 1/56, опубл. 10.06.2004 р.). Суть корисної моделі полягає в перетворенні напруги змінного струму з вхідною частотою за допомогою інвертора в послідовність біполярних імпульсів, тривалість яких регулюється ключами інвертора, а вихідна частота імпульсів значно вища за вхідну частоту. Недоліком відомого способу є неможливість використання його для реалізації необхідного алгоритму роботи способу, що заявляється. Найбільш близьким по технічній суті і результату, що досягається, і вибраним як прототип є спосіб роботи "Перетворювача змінної напруги в постійну" (Патент України № 20830, МПК (2011) Н02М 7/00, БІ-10-97 p.). Алгоритм роботи системи управління по прототипу заснований на формуванні відмикаючих сигналів при вхідній напрузі, меншій заданого мінімального порогового значення і почерговому виключенні транзисторів при досягненні напругою заданого максимального порогового значення на вході пристрою управління. Описаний в прототипі спосіб перетворення напруги реалізований за допомогою пристрою управління, яке, наприклад, може бути виконане на основі широко-імпульсного модулятора з опорною напругою пилкоподібної форми. Недоліком відомого способу по прототипу є неможливість з його допомогою реалізувати необхідний алгоритм роботи. Задачею корисної моделі є розробка нового способу плавного включення навантаження з досягненням технічного результату - реалізації заданого алгоритму роботи для плавного включення навантаження. Поставлена задача виконується тим, що в "Способі плавного включення навантаження", що включає формування відмикаючих сигналів, які управляють роботою силових комутаційних елементів, причому відмикаючі сигнали сформовані за допомогою широтно-імпульсної модуляції на основі пилкоподібних імпульсів, імпульси управління синхронізують з мережею за допомогою формувача імпульсів управління, а потім подають на модуль управління плавним включенням комутаційних елементів - семісторів, крім того, у формувачі імпульсів управління за допомогою задавального генератора отримують прямокутні імпульси, синхронізовані з частотою і фазою мережі, а потім за допомогою формувача імпульсів формують імпульси переднього фронту негативної і позитивної півхвилі мережевої напруги, а в модулі управління плавним включенням семісторів за допомогою генератора пилкоподібних імпульсів, широтно-імпульсного модулятора і формувача часу включення і відключення формують імпульси управління плавним включенням семісторів. Суттєвими ознаками способу, що заявляється, співпадаючими з прототипом, є наступні ознаки: формування відмикаючих сигналів, які управляють роботою силових комутаційних елементів; відмикаючи сигнали сформовані за допомогою широтно-імпульсної модуляції на основі пилкоподібних імпульсів. Відмітними від прототипу суттєвими ознаками способу, що заявляється, є наступні ознаки: імпульси управління синхронізують з мережею за допомогою формувача імпульсів управління; далі сформовані імпульси подають на модуль управління плавним включенням комутаційних елементів - семісторів. 1 UA 83614 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Приватними відмітними від прототипу суттєвими ознаками пристрою, що заявляється, є наступні ознаки: у формувачі імпульсів управління за допомогою задавального генератора отримують прямокутні імпульси, синхронізовані з частотою і фазою мережі,а потім за допомогою формувача імпульсів формують імпульси переднього фронту негативної і позитивної півхвилі мережевої напруги; у модулі управління плавним включенням семісторів за допомогою генератора пилкоподібних імпульсів, широтно-імпульсного модулятора і формувача часу включення і відключення формують імпульси управління плавним включенням семісторів. Між суттєвими ознаками корисної моделі, що заявляється, і технічним результатом, який досягається, існує наступний причинно-наслідковий зв'язок. Дійсно, новий спосіб плавного включення в порівнянні з прототипом дозволяє успішно реалізувати заданий алгоритм роботи. Проведений заявником аналіз рівня техніки, який включає пошук за патентними і науковотехнічними джерелами інформації, з виявленням джерел, які містять інформацію про аналоги технічного рішення, що заявляється, дозволяє встановити, що заявником не виявлені повні аналоги, які характеризуються всією сукупністю ознак, ідентичних всім суттєвим ознакам заявленого способу, вказаних у формулі корисної моделі. Тому можна стверджувати, що корисна модель, що заявляється, відповідає умові патентоспроможності за критерієм "новизна". Крім того, дана корисна модель промислово застосовна, тому що технічне рішення, що заявляється, можна використовувати при розробці і виготовленні джерел вторинного електроживлення з плавним включенням навантаження або з плавним включенням напруги, що генерується, в мережу. На фіг. 1 зображена принципова електрична схема формувача імпульсів управління, синхронізованих з мережею; на фіг. 2 зображена принципова електрична схема модуля управління плавним включенням семісторів, а на фіг. 3 зображена принципова електрична схема напівмостового автогенератора. Спосіб плавного включення навантаження, що заявляється, включає формування відмикаючих сигналів, які управляють роботою силових комутаційних елементів, причому відмикаючі сигнали сформовані за допомогою широтно-імпульсної модуляції на основі пилкоподібних імпульсів, при цьому імпульси управління синхронізують з мережею за допомогою формувача імпульсів управління, а потім подають на модуль управління плавним включенням комутаційних елементів - семісторів. Крім того, у формувачі імпульсів управління за допомогою задавального генератора отримують прямокутні імпульси, синхронізовані з частотою і фазою мережі, а потім за допомогою формувача імпульсів формують імпульси переднього фронту негативної і позитивної півхвилі мережевої напруги, а в модулі управління плавним включенням семісторів за допомогою генератора пилкоподібних імпульсів, широтно-імпульсного модулятора і формувача часу включення і відключення формують імпульси управління плавним включенням семісторів. Спосіб, що заявляється, може бути успішно реалізований, наприклад, в пристрої, що розглядається нижче, який може мати три основні вузли - формувач імпульсів управління, синхронізованих з мережею, модуль управління плавним включенням семісторів і напівмостовий автогенератор. Формувач імпульсів управління, синхронізованих з мережею. Формувач імпульсів управління, синхронізованих з мережею, включає задавальний генератор прямокутних імпульсів, формувач імпульсів, при цьому задавальний генератор прямокутних імпульсів виконаний у вигляді компаратора, а формувач імпульсів містить формувачі переднього фронту негативної і позитивної півхвилі. Крім того, компаратор виконаний на операційному підсилювачі, а кожен з формувачів переднього фронту негативної і позитивної півхвилі містить інтегратор, суматор і інтегральні логічні елементи. Мережева напруга живлення надходить на вхід пристрою. На елементах С1, С2, С3; VD1-VD4, VD5 зібране безтрансформаторне симетричне джерело живлення, резистори R3, R4 призначені для створення штучної середньої точки джерела живлення. На елементах R1, R2, VD6, VD7 зібраний двосторонній обмежувач мережевої напруги. 2 UA 83614 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Мережева напруга з виходу безтрансформаторного симетричного джерела живлення надходить на обмежувач рівня, виконаний на діодах VD6, VD7 і, за рахунок прямого падіння напруги на цих діодах, обмежується до рівня 0,7 В. Ця напруга - 0,7 В - подається на входи операційного підсилювача DA1, включеного в режимі компаратора, який перетворить напругу 0,7 В у прямокутну напругу, - меандр - без зрушення фази початкової напруги. Компаратор на DA1 включений в інверсному режимі, тому його вихідна напруга інверсна щодо початкової (мережевої) напруги. Для гальванічної розв'язки від мережі схема пристрою, що заявляється, містить оптрон ЗОТ101Б, при цьому складений транзистор оптопари інвертує напругу прямокутної форми і тепер вона співпадає по фазі з синусоїдальною напругою мережі змінного струму. Для семісторів, встановлених в схемі плавного включення навантаження, оптимальним варіантному управлінню кутом відсічення служить управління короткими імпульсами τ > 5 мкс і бажано, щоб позитивна півхвиля - позитивними імпульсами і негативна півхвиля - негативними імпульсами. На мікросхемах DD1 і DD2 зібрані формувачі переднього фронту негативної (DD1) і позитивної півхвилі (DD2). DD1-1 формує і інвертує імпульси після складеного транзистора оптопари, a DD2-1 інвертує. Виділення переднього фронту негативної півхвилі здійснюється на DD1-2 і DD1-3, утворюючих схему першого одновібратора, при цьому на елементах R23 і С4 зібрана лінія затримки, а елемент DD1-3 виконує роль першого суматора - сума алгебри прямого і затриманого інверсного і є передній фронт вхідного негативного імпульсу. Виділення переднього фронту позитивної півхвилі здійснюється на DD2-2 і DD2-3, утворюючих схему другого одновібратора, при цьому на елементах R23 і С4 зібрана лінія затримки, а елемент DD2-3 виконує роль другого суматора - сума алгебри прямого і затриманого інверсного і є передній фронт вхідного позитивного імпульсу. Елементи DD1-4, DD2-4 інвертують виділений передній фронт. Модуль управління плавним включенням семісторів Модуль управління плавним включенням семісторів містить генератор пилкоподібних імпульсів, широтно-імпульсний модулятор, формувач часу включення і відключення, виконаний у вигляді інтегратора, підсилювач потужності з вихідним трансформатором, при цьому генератор пилкоподібних імпульсів виконаний у вигляді інтегратора, а два широтно-імпульсні модулятори виконано у вигляді компараторів. Крім того, підсилювач потужності виконаний по двотактній схемі. Розглянемо роботу модуля управління плавним включенням семісторів На входи b і с модуля управління надходять імпульси, що є переднім фронтом вхідного негативного імпульсу (вхід b) і переднім фронтом вхідного позитивного імпульсу (вхід с). Ці імпульси надходять на каскад узгодження виходу логіки з живленням +5 В з джерелом живлення +12 В. Каскад узгодження виконаний на транзисторах VT1 і VT2. Вихід цього каскаду погоджує джерело (+12 В) з джерелом (+12 В і -12 В) з середньою точкою для забезпечення роботи генератора пилкоподібних імпульсів на DA2-1 і DA3-1, зібраних по схемі інтегратора. Каскад узгодження живлення +12 В з джерелом +12 В і -12 В зібраний по схемі підсилювача на VT3, VT4. На операційних підсилювачах DA2-2, DA3-2 зібрані широтно-імпульсні модулятори кута відсічення. Операційні підсилювачі DA2-2, DA3-2 включені в режимі компараторів при порівнянні напруги, що плавно росте, з напругою пилкоподібної форми, що і формує передній фронт кута відсічення. Формувач часу включення і відключення зібраний по схемі інтегратора на операційному підсилювачі DA4. Якщо до інверсного виводу підключено +12 В через резистор R 29, то на виході операційного підсилювача падатиме напруга, час якої залежить від параметрів R 29 і С8, тобто від постійної часу RC-ланцюга. Передній фронт після широтно-імпульсного модулятора виділяється за допомогою диференціальних ланцюжків С14, R33, R34 (С15, R31, R32). Діоди VD17 і VD18 усувають негативний імпульс при негативному фронті, залишаючи тільки позитивний. 3 UA 83614 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 На транзисторах VT5, VT6 зібраний підсилювач потужності для управління силовими семісторами. Підсилювач зібраний по двотактній схемі з розділовим трансформатором, який забезпечує узгодження з входом семістора, що управляє, і забезпечує розв'язку з мережею 220 В, 50 Гц. Напівмостовий автогенератор Напівмостовий автогенератор включає вхідний випрямляч на діодах VD9-VD12, трансформатор TV2, два силові транзистори VT7 і VT8, два конденсатори С10 і С11, створюючих з двома силовими транзисторами VT7 і VT8 напівмостову схему. Трансформатор TV2 містить одну первинну обмотку І, дві обмотки управління II і III і три вторинні обмотки IV, V і VI, кожна з яких навантажена на випрямний міст (VD17-VD20, VD21VD24 і VD25-VD28) і конденсаторний згладжуючий фільтр С12, С13 і С14. Кожна з обмоток управління II і III TV2 навантажена на діодний випрямляч (VD13,VD14 і VD15,VD16) і згладжуючий конденсатор (С12, С13) і підключена до емітерного переходу відповідного силового транзистора VT7 або VT8. Один з силових транзисторів, наприклад, VT7 містить ланцюг запуску автогенератора. Частота автогенератора на силових транзисторах VT7 і VT8 вибрана рівною 25 кГц. Ланцюг запуску автогенератора виконаний у виглядірезистора R36, включеного між колектором і базою силового транзистора VT7. Блок живлення пристрою зібраний по схемі напівмостового автогенератора з робочою частотою 25 кГц. Змінна напруга 220 В 50 Гц подається на вхід пристрою, що заявляється, і після мостового випрямляча на діодах VD9-VD12 випрямлена напруга надходить на напівмостовий автогенератор, виконаний на конденсаторах С10 і С11 і силових транзисторах VT7 і VT8. Через ланцюг запуску автогенератора, виконаною у вигляді резистора R36, включеного між колектором і базою силового транзистора VT7, запускається в роботу напівмостовий автогенератор, що працює на частоті 25 кГц. Підвищена частота перетворення вибрана з метою зменшення масогабаритних характеристик трансформатора TV2. На виході трансформатора TV2 є три вторинні обмотки IV, V і VI, кожна з яких навантажена на свій випрямний міст і конденсаторний згладжуючий фільтр: VD17-VD20 і С12 для отримання постійної напруги +5В; VD21-VD24 і С13 для отримання постійної напруги +12В; VD25-VD28 і С14 для отримання постійної напруги -12В. Розглянемо роботу пристрою, який реалізує заявлюваний спосіб. Напруга 220 В 50 Гц надходить на вхід пристрою, конкретно на вхід формувача імпульсів управління, синхронізованих з мережею, з виходу якого імпульси, що є переднім фронтом вхідного негативного імпульсу (вхід b) і переднім фронтом вхідного позитивного імпульсу (вхід с), подають на відповідні входи модуля управління плавним включенням семісторів. З виходу модуля управління плавним включенням семісторів, конкретно з підсилювача потужності на транзисторах VT5, VT6 зібраного по двотактній схемі з розділовим трансформатором, на силові семістори надходять сигнали управління, що забезпечують розв'язку з мережею 220 В, 50 Гц. Напівмостовий автогенератор забезпечує низьковольтним живленням пристрій, який реалізує заявлюваний спосіб, за допомогою трьох живлячих напруг: +5 В; +12 В і -12 В. Таким чином, спосіб, що заявляється, дозволяє синхронно з частотою мережі виконати наступні технологічні операції: плавно підключити навантаження до мережевої напруги 220 В, 50 Гц; плавно включити джерело напруги (наприклад, сонячні батареї, напруга яких перетворена в мережеву напругу 220 В, 50 Гц), яке генерує, в існуючу мережу живлячої напруги 220 В, 50 Гц; плавно включити джерело напруги (наприклад, акумуляторні батареї і суперконденсатори, напруга яких перетворена в мережеву напругу 220 В, 50 Гц), яке генерує, в існуючу мережу живлячої напруги 220 В, 50 Гц. На підставі всього вищевикладеного можна зробити висновок, що задача, поставлена в справжній корисній моделі, - розробка нового способу плавного включення навантаження виконана з досягненням технічного результату - реалізації заданого алгоритму роботи для плавного включення навантаження. 4 UA 83614 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 1. Спосіб плавного включення навантаження, що включає формування відмикаючих сигналів, які управляють роботою силових комутаційних елементів, причому відмикаючі сигнали сформовані за допомогою широтно-імпульсної модуляції на основі пилкоподібних імпульсів, який відрізняється тим, що імпульси управління синхронізують з мережею за допомогою формувача імпульсів управління, а потім подають на модуль управління плавним включенням комутаційних елементів - семісторів. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що у формувачі імпульсів управління за допомогою задавального генератора отримують прямокутні імпульси, синхронізовані з частотою і фазою мережі, а потім за допомогою формувача імпульсів формують імпульси переднього фронту негативної і позитивної півхвилі мережевої напруги. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що в модулі управління плавним включенням семісторів за допомогою генератора пилкоподібних імпульсів, широтно-імпульсного модулятора і формувача часу включення і відключення формують імпульси управління плавним включенням семісторів. 5 UA 83614 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6