PL222971B1 - Generator arbitralny mocy - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest generator arbitralny mocy przeznaczony do zasilania i badania wpływu jakości energii elektrycznej na funkcjonowanie odbiorników energii elektrycznej.

W znanym z dokumentacji Agilent Technologies, Inc: „User's Guide AC Power Solutions Agilent Models 6811B, 6812B, and 6813B”, Malezja, wrzesień 2004, generatorze arbitralnym mocy, wyjście generatora sygnałowego z przetwornikiem cyfrowo-analogowym połączone jest z wejściem wysokonapięciowego wzmacniacza bipolarnego mocy. Wyjście pierwsze wysokonapięciowego wzmacniacza bipolarnego mocy połączone jest z wejściem pierwszym bloku pomiaru napięcia i prądu oraz z wyjściem pierwszym generatora arbitralnego mocy. Wyjście drugie wysokonapięciowego wzmacniacza bipolarnego mocy połączone jest z końcówką pierwszą rezystora pomiarowego prądu oraz z wejściem drugim bloku pomiaru napięcia i prądu. Końcówka druga rezystora pomiarowego prądu połączona jest z wejściami: trzecim i czwartym bloku pomiaru napięcia i prądu oraz z wyjściem drugim generatora arbitralnego mocy.

Znany generator arbitralny mocy umożliwia generację dowolnych przebiegów zasilających do badania odbiorników energii elektrycznej, ale wymaga stosowania złożonych układów, w celu osiągnięcia mocy wyjściowych, wymaganych do zasilania testowanych odbiorników oraz kosztownych elementów wysokonapięciowych. Znany układ wymaga stosowania stabilizowanego zasilacza wysokonapięciowego mocy, co również komplikuje układ i podnosi koszty jego wykonania.

Istota generatora arbitralnego mocy według wynalazku polega na tym, że wyjście wzmacniacza operacyjnego mocy połączone jest z końcem uzwojenia wtórnego transformatora, z końcówką pierwszą zestyku rozwiernego przekaźnika i z elektrodą drugą kondensatora. Elektroda pierwsza kondensatora połączona jest z początkiem uzwojenia wtórnego transformatora i z wyjściem fazowym. Wyjście cyfrowe procesora sygnałowego połączone jest z wejściem wzmacniacza prądowego, którego wyjście połączone jest z końcówką pierwszą cewki sterującej przekaźnika. Końcówka druga zestyku rozwiernego przekaźnika połączona jest z poziomem odniesienia. Rezystory pierwszy, drugi i trzeci oraz kondensator są wysokonapięciowe. Korzystnie jest, gdy pojemność kondensatora wynosi 100 nF.

Generator arbitralny mocy według wynalazku umożliwia łatwe uzyskania dużych mocy wyjściowych do zasilania odbiorników energii elektrycznej, celem badania ich własności w funkcji zmieniających się warunków zasilania, a przy tym jego budowa jest prosta, zaś koszty wykonania stosunkowo małe. Posiada zabezpieczenia przeciwko przeciążeniom i umożliwia bezprzerwowe przełączanie się z trybu zasilania urządzenia, cechującego się znacznie większą obciążalnością prądową, do trybu generacji dodatkowych składowych. Może zatem być wykorzystany między innymi do badania silników elektrycznych, cechujących się większymi prądami rozruchowymi.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania uwidoczniony jest na rysunku, przedstawiającym schemat ideowy generatora arbitralnego mocy.

Wejście We fazowe L generatora arbitralnego mocy według wynalazku połączone jest z początkiem uzwojenia pierwotnego transformatora Tr i z wejściem pierwszym zasilacza Zs, wejście We neutralne N połączone jest z końcem uzwojenia pierwotnego transformatora Tr i z wejściem drugim zasilacza Zs. Początek uzwojenia wtórnego transformatora Tr połączony jest z elektrodą pierwszą kondensatora C, końcówką pierwszą rezystora pierwszego R1 i z wyjściem Wy fazowym L. Wyjście wzmacniacza operacyjnego mocy Op połączone jest z końcem uzwojenia wtórnego transformatora Tr, z końcówką pierwszą zestyku rozwiernego przekaźnika P i z elektrodą drugą kondensatora C. Wyjście przetwornika cyfrowo-analogowego procesora sygnałowego DSP połączone jest z wejściem nieodwracającym wzmacniacza operacyjnego mocy Op. Wyjście cyfrowe procesora sygnałowego DSP połączone jest z wejściem wzmacniacza prądowego Wp, którego wyjście połączone jest z końcówką pierwszą cewki sterującej przekaźnika P. Wejście pierwszego przetwornika analogowo-cyfrowego procesora sygnałowego DSP połączone jest z końcówką drugą rezystora pierwszego R1 i z końcówką pierwszą rezystora drugiego R2. Wejście drugiego przetwornika analogowo-cyfrowego procesora sygnałowego DSP połączone jest z wyjściem Wy neutralnym N i z końcówką pierwszą rezystora trzeciego R3. Port komunikacyjny Pk połączony jest z portem komunikacyjnym procesora sygnałowego DSP. Wejście odwracające wzmacniacza operacyjnego mocy Op, końcówka druga zestyku rozwiernego przekaźnika P, końcówka druga cewki sterującej przekaźnika P, końcówka druga rezystora drugiego R2 oraz końcówka druga rezystora trzeciego R3 połączone są z poziomem odniesienia.

Prąd przemienny z sieci elektroenergetycznej zasila poprzez wejście We generatora, uzwojenie pierwotne transformatora Tr i obwody wejściowe zasilacza sieciowego Zs, powodując indukowanie

PL 222 971 B1 siły elektromotorycznej w uzwojeniu wtórnym transformatora Tr oraz wytwarzanie niższych stabilizowanych napięć stałych w zasilaczu sieciowym Zs wymaganych do zasilania wzmacniacza operacyjnego mocy Op, procesora sygnałowego DSP i wzmacniacza prądowego Wp.

W pierwszym trybie pracy generatora według wynalazku, trybie zasilania urządzenia podłączonego do generatora arbitralnego mocy, przekaźnik P jest w stanie wyłączenia i jego styki rozwierne pozostają zwarte. Indukowany w uzwojeniu wtórnym transformatora Tr prąd płynie w obwodzie, którego kolejnymi elementami są: wyjście Wy fazowe L, podłączony do generatora arbitralnego mocy odbiornik, wyjście Wy neutralne N układu, rezystor trzeci R3, poziom odniesienia oraz styki rozwierne przekaźnika P, poprzez które obwód dla zmiennego prądu łączony jest z końcem uzwojenia wtórnego transformatora Tr. W trybie pierwszym występuje większa w porównaniu z trybem drugim obciążalność prądowa wyjścia Wy generatora. Faza pierwsza jest fazą przygotowawczą do trybu drugiego pracy, trybu generacji dodatkowych składowych. Przejście do trybu drugiego następuje po pomiarze amplitudy napięcia na rezystorze trzecim R3 za pomocą drugiego przetwornika analogowo-cyfrowego procesora sygnałowego DSP. Po stwierdzeniu na podstawie spadku napięcia na rezystorze trzecim R3 dopuszczalnego prądu obciążenia wzmacniacza operacyjnego mocy Op, ustawiany jest stan logiczny wysoki na wyjściu cyfrowym procesora sygnałowego DSP, następnie ustawione napięcie jest wzmacniane we wzmacniaczu prądowym Wp, którego wyjście zasila uzwojenie cewki sterującej przekaźnika P, powodując jego załączenie i rozwarcie jego styków rozwiernych. Rozwarte styki rozwierne przekaźnika P odblokowują wyjście wzmacniacza operacyjnego mocy Op, powodując w trybie drugim dodawanie przebiegów napięć z wyjścia wzmacniacza operacyjnego mocy Op do napięć indukowanych w uzwojeniu wtórnym transformatora Tr. Obecność kondensatora C równolegle dołączonego do uzwojenia wtórnego transformatora Tr powoduje przepływ do wyjścia Wy generatora, składowych napięcia z układu wzmacniacza operacyjnego mocy Op, cechujących się wyższymi częstotliwościami, które są silnie tłumione przy przejściu przez uzwojenie wtórne transformatora Tr. Dodatkowe przebiegi napięciowe generatora arbitralnego mocy wzmacniane we wzmacniaczu operacyjnym mocy Op są wyznaczone w procesorze sygnałowym DSP i zamieniane na postać analogową w przetworniku cyfrowo-analogowym procesora sygnałowego DSP, z którego wyjścia podawane są na wejście nieodwracające wzmacniacza operacyjnego mocy Op. Procesor sygnałowy dokonuje również analizy zgodności wystawianych na wyjście Wy generatora według wynalazku przebiegów napięcia z zadanymi przez użytkownika poprzez port komunikacyjny Pk. Analiza kształtu napięcia na wyjściu Wy generatora odbywa się za pomocą pierwszego przetwornika analogowo-cyfrowego procesora sygnałowego DSP, poprzez monitorowanie wartości chwilowych napięć, których poziom jest zredukowany na dzielniku rezystancyjnym złożonym z rezystorów pierwszego R1 i drugiego R2. Monitorowanie przebiegów napięcia na wyjściu Wy pozwala korygować kształt składowej podstawowej, która w sygnale z generatora arbitralnego mocy według wynalazku pochodzi z sieci elektroenergetycznej zasilającej generator. Wystąpienie przeciążenia prądowego monitorowanego poprzez spadek napięcia na rezystorze trzecim R3 oraz za pomocą drugiego przetwornika analogowo-cyfrowego procesora sygnałowego DSP skutkuje niegenerowaniem przebiegów napięć na wyjściu przetwornika cyfrowo-analogowego oraz wystawieniem stanu niskiego na wyjściu cyfrowym procesora sygnałowego DSP, a w konsekwencji odłączeniem zasilania uzwojenia cewki sterującej przekaźnika P, powodując jego wyłączenie i zwarcie jego styków rozwiernych. Wówczas generator według wynalazku rozpoczyna pracę w trybie pierwszym - trybie zasilania podłączonego do niego odbiornika.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Generator arbitralny mocy, którego wejście stanowi wejście zasilacza, a układ do pomiaru napięcia i natężenia prądu połączony jest z procesorem sygnałowym, zaś wyjście przetwornika cyfrowego-analogowego połączone jest z wejściem wzmacniacza mocy, znamienny tym, że wyjście wzmacniacza operacyjnego mocy (Op) połączone jest z końcem uzwojenia wtórnego transformatora (Tr), z końcówką pierwszą zestyku rozwiernego przekaźnika (P) i z elektrodą drugą kondensatora (C), którego elektroda pierwsza połączona jest z początkiem uzwojenia wtórnego transformatora (Tr) i z wyjściem (Wy) fazowym (L), a wyjście cyfrowe procesora sygnałowego (DSP) połączone jest z wejściem wzmacniacza prądowego (Wp), którego wyjście połączone jest z końcówką pierwszą cewki sterującej przekaźnika (P), przy czym końcówka druga zestyku rozwiernego przekaźnika (P)

   PL 222 971 B1 połączona jest z poziomem odniesienia, a rezystory pierwszy (R1), drugi (R2) oraz trzeci (R3) oraz kondensator (C) są wysokonapięciowe.
2. 2. Generator według zastrz. 1, znamienny tym, że pojemność kondensatora (C) wynosi 100 nF.

   Rysunek