RU2375802C1 - Intellectual filter of pulse switching overvoltages - Google Patents
Intellectual filter of pulse switching overvoltages Download PDFInfo
- Publication number
- RU2375802C1 RU2375802C1 RU2008112980/09A RU2008112980A RU2375802C1 RU 2375802 C1 RU2375802 C1 RU 2375802C1 RU 2008112980/09 A RU2008112980/09 A RU 2008112980/09A RU 2008112980 A RU2008112980 A RU 2008112980A RU 2375802 C1 RU2375802 C1 RU 2375802C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bus
- power supply
- voltage
- load
- microcontroller
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники и силовой промышленной электроники и, в частности, к фильтрам активного подавления импульсных коммутационных перенапряжений и помех, обеспечивающих эффективную защиту ответственного и особо чувствительного к перенапряжениям и помехам оборудования от неблагоприятных воздействий со стороны систем электропитания. Изобретение может быть использовано для защиты потребителей электроэнергии постоянного тока от воздействия импульсных коммутационных перенапряжений, возникающих в питающей сети при коммутации ее нагрузок: включение потребителей электроэнергии, выключение индуктивных цепей (электродвигатели большой мощности, трансформаторы и т.д.), в аварийных режимах (аварийные короткие замыкания в сети с последующим отключением защитными устройствами), при грозовых разрядах, а также для ограничения в переходных режимах токов входных цепей разнообразных нагрузок (статические преобразователи напряжения, автономные инверторы и т.д.).The invention relates to the field of electrical engineering and power industrial electronics and, in particular, to filters for the active suppression of pulsed switching overvoltages and interference, providing effective protection of critical and especially sensitive to overvoltage and interference equipment from adverse effects from power supply systems. The invention can be used to protect consumers of direct current electricity from the effects of pulsed switching overvoltages that occur in the supply network when switching its loads: turning on consumers of electricity, turning off inductive circuits (high-power motors, transformers, etc.), in emergency conditions (emergency short circuits in the network, followed by shutdown by protective devices), during lightning discharges, as well as to limit the transient currents of input circuits phase loads (static voltage converters, autonomous inverters, etc.).
Известно устройство для защиты от импульсных перенапряжений (Патент РФ на полезную модель №42921 УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ИМПУЛЬСНЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ от 02.08.2004, МПК 7 Н02Н 9/04, ГОУ ВПО «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)»).A device for protection against surge surges is known (RF Patent for Utility Model No. 42921 DEVICE FOR PROTECTION AGAINST PULSE OVERVOLTAGE of 02.08.2004, IPC 7 Н02Н 9/04, GOU VPO "South Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute)").
Устройство для защиты от импульсных перенапряжений состоит из параллельно включенных первого варистора и симметричного защитного диода, разделенных индуктивностью, и последовательно соединенных диода и второго варистора, подключенных параллельно нагрузке.Device for surge protection consists of a parallel connected first varistor and a symmetrical protective diode separated by inductance, and series-connected diode and a second varistor connected in parallel with the load.
Известно также устройство для защиты от импульсных коммутационных перенапряжений (Патент РФ на полезную модель №43108 УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ИМПУЛЬСНЫХ КОММУТАЦИОННЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ от 02.08.2004, МПК 7 Н02Н 9/04, ГОУ ВПО «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)»).A device for protection against surge switching surges is also known (RF Patent for Utility Model No. 43108 DEVICE FOR PROTECTION AGAINST PULSE COMMUTATION OVERVOLTAGE of 08.08.2004, IPC 7 Н02Н 9/04, State Educational Institution of Higher Professional Education “South Russian State Technical University (Novocherkassky Polytechnic) ").
Устройство для защиты от импульсных коммутационных перенапряжений состоит из варистора, бесконтактного ключа и системы управления, причем бесконтактный ключ и варистор соединены последовательно друг с другом.A device for protection against surge switching surges consists of a varistor, a proximity key and a control system, the proximity key and varistor being connected in series with each other.
Общими недостатками этих двух устройств защиты являются следующие:The common disadvantages of these two protection devices are as follows:
Принцип действия данных устройств защиты основан на шунтировании нагрузки варистором (полупроводниковый резистор с нелинейной зависимостью проводимости от значения приложенного напряжения) при поступлении из питающей сети импульсных коммутационных перенапряжений. Рассматриваемые устройства обеспечивают эффективную защиту только для определенных значений и определенных скоростей нарастания напряжения помехи, так как каждый конкретный тип варистора рассчитан на определенное рабочее напряжение и предельную рабочую частоту. Помимо этого варисторы меняют свои параметры со временем и при изменении температуры.The principle of operation of these protection devices is based on shunting the load with a varistor (a semiconductor resistor with a non-linear dependence of conductivity on the value of the applied voltage) upon receipt of switching switching overvoltages from the supply network. The devices under consideration provide effective protection only for certain values and certain slew rate of interference voltage, since each particular type of varistor is designed for a specific operating voltage and maximum operating frequency. In addition, varistors change their parameters with time and with temperature.
Кроме этого, данные устройства защиты относятся к полупроводниковым ограничителям импульсных коммутационных перенапряжений поглощающего типа. В устройствах присутствуют элементы (варистор, варистор с последовательно соединенным диодом, варистор с последовательно соединенным бесконтактным ключом), которые для подавления помех (при срабатывании защиты) производят поглощение и преобразование в тепло электрической энергии импульсных коммутационных перенапряжений. Поэтому для обеспечения работоспособности сильно нагреваемых элементов в конструкции устройств должны быть предусмотрены эффективные меры по рассеиванию выделяемой тепловой энергии (радиаторы, вентиляторы и т.д.).In addition, these protection devices relate to semiconductor surge suppressors of an absorbing type. The devices contain elements (a varistor, a varistor with a diode connected in series, a varistor with a contactless key connected in series), which, to suppress interference (when the protection is triggered), absorb and convert the electrical energy of the pulse switching overvoltage. Therefore, to ensure the operability of highly heated elements in the design of devices, effective measures must be taken to dissipate the released heat energy (radiators, fans, etc.).
Известно устройство для защиты нагрузки от перенапряжения (Патент РФ №2069436 УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ НАГРУЗКИ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ от 20.11.1996, МПК 6 Н02Н 9/04, Галактионова Т.И., Галактионов Л.Г.).A device is known for protecting the load from overvoltage (RF Patent No. 2069436 DEVICE FOR PROTECTING LOADS FROM OVERVOLTAGES of 11/20/1996, IPC 6 Н02Н 9/04, Galaktionova TI, Galaktionov LG).
Устройство для защиты нагрузки от перенапряжения состоит из блока задержки, порогового элемента, формирователя импульсов управления, регулирующего и управляющего транзисторов, пороговой стабилитронно-резистивной цепочки, токозадающего и ограничительного резисторов и диодной матрицы.A device for protecting the load from overvoltage consists of a delay unit, a threshold element, a control pulse shaper, regulating and controlling transistors, a threshold zener diode resistor circuit, current-setting and limiting resistors, and a diode array.
Недостатком данного устройства является то, что оно позволяет ограничить амплитуду возникающих импульсно-коммутационных перенапряжений переходного процесса только в конкретных пределах, жестко определяемых примененными в устройстве элементами устройства (определяется типом стабилитрона, соотношением значений сопротивлений резисторов и т.д.).The disadvantage of this device is that it allows you to limit the amplitude of the arising pulse-switching overvoltages of the transient process only within specific limits, rigidly determined by the device elements used in the device (determined by the type of zener diode, the ratio of resistor resistors, etc.).
Наиболее близким по исполнению аналогом, принятым в качестве прототипа предлагаемого изобретения, является (Патент РФ №2264015 СПОСОБ ЗАЩИТЫ ОТ ИМПУЛЬСНЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ от 02.08.2004, МПК 7 Н02Н 3/20, ГОУ ВПО «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)»).The closest to execution analogue adopted as a prototype of the invention is (RF Patent No. 2264015 METHOD OF PROTECTION AGAINST PULSE OVERVOLTAGE of 02.08.2004, IPC 7 Н02Н 3/20, GOU VPO South Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute) ").
Для реализации способа защиты от импульсных перенапряжений в изобретении предлагается устройство, состоящее из бесконтактного ключа, разрядного диода, дросселя, конденсатора, интегрального и дифференциального устройства, сумматора и порогового элемента.To implement a method of surge protection, the invention provides a device consisting of a proximity key, a discharge diode, a choke, a capacitor, an integral and differential device, an adder and a threshold element.
Сущность предложенного способа защиты от импульсных перенапряжений заключается в ограничении нарастания выходного напряжения при воздействии импульсных перенапряжений в цепи питания путем периодической коммутации нагрузки бесконтактным ключом на достаточно высокой частоте с последующим сглаживанием выбросов напряжения с помощью индуктивно-емкостного фильтра. Причем управляющие сигналы бесконтактного ключа пропорциональны интегралу напряжения на обмотке дросселя и первой производной по времени напряжения на нагрузке.The essence of the proposed method of protection against surge surges is to limit the increase in output voltage when exposed to surge surges in the power circuit by periodically switching the load with a proximity switch at a sufficiently high frequency, followed by smoothing out the voltage surges using an inductive-capacitive filter. Moreover, the control signals of the proximity key are proportional to the integral of the voltage across the inductor winding and the first time derivative of the voltage across the load.
Недостатками устройства, реализующего способ защиты от импульсных перенапряжений, по прототипу является следующее.The disadvantages of the device that implements the method of protection against surge, according to the prototype is the following.
Основным недостатком данного устройства является то, что оно позволяет ограничить амплитуду возникающих импульсных коммутационных перенапряжений только в конкретных пределах, жестко определенных примененными в устройстве элементами. То есть для обеспечения надежной защиты нагрузки, выставляющей конкретные технические требования к качеству питающей сети, требуется подбор дросселя и конденсатора с определенными параметрами и соответствующая этим элементам настройка интегрального и дифференциального устройства, а также порогового элемента.The main disadvantage of this device is that it allows you to limit the amplitude of the arising pulse switching overvoltages only within specific limits, rigidly determined by the elements used in the device. That is, to ensure reliable protection of the load, exposing specific technical requirements for the quality of the supply network, it is necessary to select a choke and capacitor with certain parameters and the corresponding integral and differential devices, as well as the threshold element, to be set up corresponding to these elements.
Кроме этого в устройстве не обеспечивается:In addition, the device does not provide:
- защита устройства от коротких замыканий и переполюсовки шин питания в питающей сети;- protection of the device from short circuits and polarity reversal of power buses in the supply network;
- контроль входного напряжения питающей сети;- control of the input voltage of the supply network;
- запись параметров переходных (в том числе аварийных) процессов, происходящих в питающей сети;- recording parameters of transient (including emergency) processes occurring in the supply network;
- возможность передачи контрольной информации о техническом состоянии устройства и питающей сети во внешнюю систему управления.- the ability to transfer control information about the technical condition of the device and the supply network to an external control system.
Задачами изобретения является:The objectives of the invention is:
- создание гибкой (перепрограммируемой) автоматической системы управления силовыми цепями устройства защиты нагрузки от импульсных коммутационных перенапряжений и помех;- the creation of a flexible (reprogrammable) automatic control system for power circuits of the device for protecting the load from switching switching overvoltages and interference;
- защита самого устройства от коротких замыканий и переполюсовки шин питания в питающей сети;- protection of the device itself from short circuits and polarity reversal of power buses in the supply network;
- контроль напряжения питающей сети (перенапряжение, провал/просадка напряжения);- control of the supply voltage (overvoltage, voltage dip / sag);
- обеспечение возможности точного поддержания (стабилизации) заданных параметров работы устройства (пороговые значения напряжения, предельное значение скорость нарастания напряжения на нагрузке и т.д.);- providing the ability to accurately maintain (stabilize) the specified parameters of the device (threshold voltage values, the limit value of the rate of rise of voltage at the load, etc.);
- защита самого устройства от токов перегрузки и токов коротких замыканий в нагрузке;- protection of the device itself from overload currents and short circuit currents in the load;
- ограничение в переходных режимах токов входных цепей ответственного оборудования (статические преобразователи напряжения, автономные инверторы и т.д.);- limitation in transient currents of input circuits of critical equipment (static voltage converters, autonomous inverters, etc.);
- регистрация (запись в энергонезависимую память автоматической системы управления) параметров переходных процессов, в том числе после аварийного отключения питающей сети;- registration (recording in non-volatile memory of the automatic control system) of transient parameters, including after an emergency power off;
- обеспечение возможности дистанционного контроля за работой устройства защиты и за параметрами питающей сети;- providing remote monitoring of the operation of the protection device and the parameters of the supply network;
- обеспечение бесперебойности электропитания автоматической системы управления устройством защиты в течение времени, необходимом для регистрация параметров переходных процессов, в том числе после аварийного отключения питающей сети, а также для передачи контрольной информации о техническом состоянии устройства защиты и питающей сети во внешнюю систему управления.- ensuring the uninterrupted power supply of the automatic control system of the protection device for the time necessary for recording transient parameters, including after an emergency shutdown of the supply network, as well as for transmitting control information about the technical state of the protection device and the supply network to an external control system.
Поставленные задачи достигаются тем, что в интеллектуальный фильтр импульсных коммутационных перенапряжений, состоящий из силового ключа, разрядного диода, дросселя, конденсатора, датчика контроля напряжения и формирования сигнала первой производной по времени напряжения на нагрузке, вход силового ключа подключен к положительной шине сети электропитания, выход силового ключа через дроссель подключен к первому входу нагрузки, второй вход нагрузки подключен к отрицательной шине сети электропитания, между точкой соединения силового ключа с дросселем и отрицательной шиной сети электропитания встречно по отношению шинам сети электропитания включен разрядный диод, параллельно нагрузке подключены конденсатор и датчик контроля напряжения и формирования сигнала первой производной по времени напряжения на нагрузке, введены датчик входного напряжения, защитный диод, датчик тока, микроконтроллер, энергонезависимое запоминающее устройство, оперативное запоминающее устройство, часы реального времени, драйвер управления силовым ключом, аналого-цифровой преобразователь, адаптер информационной шины, шина информационного обмена, внешняя система управления и источник бесперебойного питания со встроенной аккумуляторной батареей; к положительной и отрицательной шине сети электропитания подключены входы источника бесперебойного питания со встроенной аккумуляторной батареей и входы датчика входного напряжения, между положительной шиной сети электропитания и входом силового ключа согласно по отношению к питанию включен защитный диод, между выходом силового ключа и дросселем включен датчик тока; к первому, второму, третьему и четвертому входу-выходу микроконтроллера подключены соответственно энергонезависимое запоминающее устройство, оперативное запоминающее устройство, часы реального времени и адаптер информационной шины, выход микроконтроллера через драйвер управления силовым ключом соединен с управляющим входом силового ключа, к входу микроконтроллера подключен аналого-цифровой преобразователь, к первому, второму и третьему входу аналого-цифрового преобразователя подключены соответственно выход датчика входного напряжения, выход датчика тока и выход датчика контроля напряжения и формирования сигнала первой производной по времени напряжения на нагрузке, адаптер информационной шины соединен с помощью шины информационного обмена с внешней системой управления; выход источника бесперебойного питания со встроенной аккумуляторной батареей соединен с входами питания микроконтроллера, оперативного запоминающего устройства, драйвера управления силовым ключом, аналого-цифрового преобразователя и адаптера информационной шины.The tasks are achieved by the fact that in an intelligent filter of pulse switching overvoltage, consisting of a power switch, a discharge diode, an inductor, a capacitor, a voltage monitoring sensor and the formation of a signal of the first time derivative of the voltage across the load, the input of the power switch is connected to the positive bus of the power supply network, output the power switch through the inductor is connected to the first input of the load, the second input of the load is connected to the negative bus of the power supply network, between the connection point of the power with a choke and a negative power supply bus, a discharge diode is turned on with respect to the power supply buses, a capacitor and a sensor for monitoring the voltage and generating a signal of the first time derivative of the voltage across the load are connected, an input voltage sensor, a protective diode, a current sensor, a microcontroller are introduced, non-volatile storage device, random access memory, real-time clock, power key control driver, analog-to-digital converter, and Apter data bus, the information exchange bus, the external control system and an uninterruptible power supply with a built-in rechargeable battery; the inputs of the uninterruptible power supply with a built-in battery and the inputs of the input voltage sensor are connected to the positive and negative bus of the power supply network, between the positive bus of the power supply network and the input of the power switch, according to the power supply, a protective diode is connected, a current sensor is connected between the output of the power switch and the inductor; non-volatile memory, random access memory, real-time clock and information bus adapter are connected to the first, second, third and fourth microcontroller I / O, the microcontroller output is connected to the power key control input through the power key control driver, and the analog- digital converter, the output of the input voltage sensor is connected respectively to the first, second and third input of the analog-to-digital converter voltage, output of the current sensor and the output of the voltage monitoring sensor and generating the signal of the first time derivative of the voltage at the load, the data bus adapter is connected via an information exchange bus to an external control system; the output of an uninterruptible power supply with a built-in battery is connected to the power inputs of the microcontroller, random access memory, power key driver, analog-to-digital converter and data bus adapter.
Сущность изобретения состоит в ограничении нарастания выходного напряжения интеллектуальным фильтром при воздействии импульсных коммутационных перенапряжений и помех, поступающих из питающей сети, за счет периодической коммутации входного напряжения силовым ключом (обычно - это мощный IGBT-транзисторный ключ) и последующего сглаживания напряжения индуктивно-емкостным фильтром. Необходимая для эффективной работы интеллектуального фильтра коммутация силового ключа обеспечивается быстродействующей автоматической системой управления, созданной на базе микроконтроллера, который анализирует состояние питающей сети, пропускаемый фильтром ток нагрузки и скорость изменения напряжения на нагрузке. Применение микроконтроллера в системе управления позволяет выполнять оперативную перенастройку технических характеристик (перепрограммирование) интеллектуального фильтра как для учета параметров импульсных коммутационных перенапряжений, характерных для различных сетей электропитания, так и для выполнения требований разнообразных нагрузок (ответственных и особо чувствительных к импульсным коммутационным перенапряжениям и помехам) к качеству их электропитания.The essence of the invention is to limit the increase in output voltage by an intelligent filter when exposed to pulsed switching overvoltages and interference coming from the supply network due to periodic switching of the input voltage by a power switch (usually this is a powerful IGBT transistor switch) and subsequent voltage smoothing by an inductive-capacitive filter. The switching of the power switch necessary for the effective operation of the smart filter is provided by a high-speed automatic control system created on the basis of a microcontroller that analyzes the state of the supply network, the load current passed by the filter and the rate of change of voltage across the load. The use of a microcontroller in the control system allows you to quickly reconfigure the technical characteristics (reprogramming) of the smart filter both to take into account the parameters of the pulse switching overvoltages characteristic of various power supply networks, and to fulfill the requirements of various loads (responsible and especially sensitive to pulse switching overvoltages and interference) to the quality of their power supply.
Включение в состав интеллектуального фильтра энергонезависимой памяти и источника бесперебойного питания со встроенной аккумуляторной батареей позволяет зарегистрировать параметры переходных процессов, в том числе хронограмму аварийной потери нагрузкой электропитания и передать во внешнюю систему управления соответствующую контрольную информацию.The inclusion of a non-volatile memory and an uninterruptible power supply with a built-in rechargeable battery in the smart filter allows you to register transient parameters, including a chronogram of emergency loss of power supply load and transfer relevant control information to an external control system.
На чертеже представлена структурная схема интеллектуального фильтра импульсных коммутационных перенапряжений (ИФИКП).The drawing shows a structural diagram of an intelligent filter pulse switching overvoltage (IFIKP).
Согласно чертежу подключенный к сети электропитания 1 интеллектуальный фильтр импульсных коммутационных перенапряжений включает защитный диод 13, силовой ключ 14, датчик тока 15, разрядный диод 16, дроссель 17, конденсатор 18, источник бесперебойного питания со встроенной аккумуляторной батареей 2, датчик входного напряжения 12, датчик контроля напряжения и формирования сигнала первой производной по времени напряжения на нагрузке 19, микроконтроллер 6, энергонезависимое запоминающее устройство 3, оперативное запоминающее устройство 4, часы реального времени 5, драйвер управления силовым ключом 10, аналого-цифровой преобразователь 11, адаптер информационной шины 7, шину информационного обмена 8, внешнюю систему управления 9 и нагрузку 20.According to the drawing, an intelligent surge filter connected to the power supply 1 includes a protective diode 13, a power switch 14, a current sensor 15, a discharge diode 16, a choke 17, a capacitor 18, an uninterruptible power supply with a built-in battery 2, an input voltage sensor 12, a sensor voltage control and signal generation of the first time derivative of voltage at load 19, microcontroller 6, non-volatile memory 3, random access memory 4, clock nogo time 5, the power control key driver 10, an analog-digital converter 11, the data bus adapter 7, the information exchange bus 8, an external control system 9 and the load 20.
Причем вход силового ключа 14 подключен к положительной шине сети электропитания 1, выход силового ключа 14 через дроссель 17 подключен к первому входу нагрузки 20, второй вход нагрузки 20 подключен к отрицательной шине сети электропитания 1, между точкой соединения силового ключа 14 с дросселем 17 и отрицательной шиной сети электропитания 1 встречно по отношению шинам сети электропитания 1 включен разрядный диод 16, параллельно нагрузке 20 подключены конденсатор 18 и датчик контроля напряжения и формирования сигнала первой производной по времени напряжения на нагрузке 19, к положительной и отрицательной шине сети электропитания 1 подключены входы источника бесперебойного питания со встроенной аккумуляторной батареей 2 и входы датчика входного напряжения 12, между положительной шиной сети электропитания 1 и входом силового ключа 14 согласно по отношению к питанию включен защитный диод 13, между выходом силового ключа 14 и дросселем 17 включен датчик тока 15; к первому, второму, третьему и четвертому входу-выходу микроконтроллера 6 подключены соответственно энергонезависимое запоминающее устройство 3, оперативное запоминающее устройство 4, часы реального времени 5 и адаптер информационной шины 7, выход микроконтроллера 6 через драйвер управления силовым ключом 10 соединен с управляющим входом силового ключа 14, к входу микроконтроллера 6 подключен аналого-цифровой преобразователь 11, к первому, второму и третьему входу аналого-цифрового преобразователя 11 подключены соответственно выход датчика входного напряжения 12, выход датчика тока 15 и выход датчика контроля напряжения и формирования сигнала первой производной по времени напряжения на нагрузке 19, адаптер информационной шины 7 соединен с помощью шины информационного обмена 8 с внешней системой управления 9; выход источника бесперебойного питания со встроенной аккумуляторной батареей 2 соединен с входами питания микроконтроллера 6, оперативного запоминающего устройства 4, драйвера управления силовым ключом 10, аналого-цифрового преобразователя 11 и адаптера информационной шины 7.Moreover, the input of the power switch 14 is connected to the positive bus of the power supply network 1, the output of the power switch 14 through the inductor 17 is connected to the first input of the load 20, the second input of the load 20 is connected to the negative bus of the power supply 1, between the connection point of the power switch 14 with the inductor 17 and the negative by the bus of the power supply network 1, the discharge diode 16 is turned on with respect to the buses of the power supply network 1, a capacitor 18 and a sensor for monitoring the voltage and generating the signal of the first time derivative are connected in parallel with the load 20 voltage at load 19, the inputs of the uninterruptible power supply with a built-in battery 2 and the inputs of the input voltage sensor 12 are connected to the positive and negative bus of the power supply network 1, a protective diode 13 is connected between the positive bus of the power supply network 1 and the input of the power switch 14 according to the power supply , between the output of the power switch 14 and the inductor 17 includes a current sensor 15; non-volatile memory 3, random access memory 4, real-time clock 5 and information bus adapter 7 are connected to the first, second, third and fourth input-output of the microcontroller 6, the output of the microcontroller 6 is connected to the control input of the power key through the driver of the power key 10 14, an analog-to-digital converter 11 is connected to the input of the microcontroller 6, and a sensor output is connected to the first, second, and third input of the analog-to-digital converter 11 the input voltage 12, the output of the current sensor 15 and the output of the voltage monitoring sensor and generating a signal of the first time derivative of the voltage across the load 19, the information bus adapter 7 is connected via an information exchange bus 8 to an external control system 9; the output of an uninterruptible power supply with a built-in rechargeable battery 2 is connected to the power inputs of the microcontroller 6, random access memory 4, power key driver 10, analog-to-digital converter 11 and information bus adapter 7.
В ИФИКП в качестве шины информационного обмена 8 микроконтроллера 6 с внешней системой управления 9 может быть использован интерфейс RS-232 или интерфейс RS-485, или CAN-bus интерфейс распределенных систем реального времени, или интерфейс локальных вычислительных сетей на базе «Ethernet».In IFICP, as an information exchange bus 8 of microcontroller 6 with an external control system 9, an RS-232 interface or an RS-485 interface, or a CAN-bus interface of distributed real-time systems, or an Ethernet interface of local area networks can be used.
Предлагаемый ИФИКП работает в следующих трех основных режимах:The proposed IFICP operates in the following three main modes:
- режим работы с нормальной сетью электропитания (в сети практически отсутствуют импульсные коммутационные перенапряжения и помехи);- operating mode with a normal power supply network (there are practically no pulse switching overvoltages and noise in the network);
- режим активного подавления периодически возникающих и поступающих на вход фильтра из сети электропитания импульсных коммутационных перенапряжений и помех;- the mode of active suppression of periodically arising and arriving at the input of the filter from the power supply network pulse switching overvoltage and interference;
- режим работы при аварии в сети электропитания.- operation mode during an accident in the power supply network.
Режим работы с нормальной сетью электропитанияNormal Power Mode
При подаче напряжения на вход ИФИКП получает электропитание источник бесперебойного питания со встроенной аккумуляторной батареей 2, который формирует напряжения, необходимые для обеспечения электропитания микроконтроллера 6, оперативного запоминающего устройства 4, драйвера управления силовым ключом 10, аналого-цифрового преобразователя 11 и адаптера информационной шины 7. После этого из энергонезависимого запоминающего устройства 3 происходит загрузка рабочей программы интеллектуального фильтра в оперативное запоминающее устройство 4, затем микроконтроллер 6 с помощью датчика входного напряжения 12 и аналого-цифрового преобразователя 11 анализирует состояние сети электропитания 1. Далее, определяя с помощью датчика тока 15 значение тока, проходящего через фильтр на нагрузку 20, а с помощью датчика контроля напряжения и формирования сигнала первой производной по времени напряжения на нагрузке 19 скорость нарастания напряжения на нагрузке 20 (что особенно актуально для исключения недопустимых для изоляции электрических цепей сверхтоков у нагрузки 20, имеющей при включении преимущественно емкостный характер), микроконтроллер 6, воздействуя на драйвер управления силовым ключом 10, производит формирование управляющих ШИМ-сигналов на силовой ключ 14, обеспечивая тем самым плавную подачу напряжения питания на нагрузку 20 (так называемый мягкий пуск). Кроме этого с помощью датчика тока 15 обеспечивается защита самого ИФИКП от токов перегрузки и токов коротких замыканий в нагрузке.When voltage is applied to the input, the IFICP receives uninterruptible power supply with a built-in rechargeable battery 2, which generates the voltages necessary to provide power to the microcontroller 6, random access memory 4, power key control driver 10, analog-to-digital converter 11, and information bus adapter 7. After that, from the non-volatile storage device 3, the working program of the smart filter is loaded into the random access memory 4, then the microcontroller 6, using the input voltage sensor 12 and the analog-to-digital converter 11, analyzes the state of the power supply network 1. Next, using the current sensor 15, determines the value of the current passing through the filter to the load 20, and using the voltage monitoring and formation sensor of the signal of the first time derivative of the voltage across the load 19; the rate of increase of voltage across the load 20 (which is especially important for eliminating overcurrents that are unacceptable for insulation of electrical circuits at load 20, which has and predominantly capacitive character), microcontroller 6, the force acting on the control key driver 10 produces PWM generation of control signals to the power switch 14, thereby ensuring a smooth application of the voltage to the load 20 (the so-called soft start). In addition, with the help of a current sensor 15, the IFPCI itself is protected against overload currents and short circuit currents in the load.
Если в сети электропитания 1 практически отсутствуют импульсные коммутационные перенапряжения и помехи, микроконтроллер 6 полностью открывает силовой ключ 14, который пропускает через себя весь ток нагрузки 20 без ограничений.If in the power supply network 1 there is practically no pulse switching overvoltage and interference, the microcontroller 6 completely opens the power switch 14, which passes the entire load current 20 through itself without restrictions.
Режим активного подавления перенапряжений и помехActive surge suppression mode
В реальных электроустановках большинства сетей электропитания 1 периодически возникают и поступают на вход фильтра и далее на нагрузку 20 импульсные коммутационные перенапряжения и помехи.In real electrical installations of most power supply networks 1 periodically occur and go to the input of the filter and then to the load 20 pulse switching overvoltage and interference.
В этом случае, анализируя с помощью датчика входного напряжения 12, датчика тока 15, датчика контроля напряжения и формирования сигнала первой производной по времени напряжения на нагрузке 19, аналого-цифрового преобразователя 11 и часов реального времени 5 параметры импульсных коммутационных перенапряжений и помех (уровень, мощность, длительность и т.д.), микроконтроллер 6 производит формирование управляющих ШИМ-сигналов на силовой ключ 14, которые ограничивают (подавляют) их прохождение через фильтр на нагрузку 20. Помимо этого в ИФИКП осуществляется последующее сглаживание питающего напряжения индуктивно-емкостным фильтром (дроссель 17 и конденсатор 18). Кроме этого микроконтроллер 6, используя информацию от датчика тока 15 и датчика контроля напряжения и формирования сигнала первой производной по времени напряжения на нагрузке 19, обеспечивает ограничение в переходных режимах токов входных цепей ответственного оборудования (статические преобразователи напряжения, автономные инверторы и т.д.).In this case, analyzing the input voltage sensor 12, the current sensor 15, the voltage monitoring sensor and generating the signal of the first time derivative of the voltage at the load 19, the analog-to-digital converter 11 and the real-time clock 5, the parameters of the pulse switching overvoltage and interference (level, power, duration, etc.), the microcontroller 6 generates PWM control signals to a power switch 14, which restrict (suppress) their passage through the filter to a load of 20. In addition, the IFPC performs S THE subsequent smoothing voltage inductive capacitive filter (choke 17 and capacitor 18). In addition, the microcontroller 6, using information from a current sensor 15 and a voltage monitoring sensor and generating a signal of the first time derivative of the voltage across the load 19, provides a limitation in transient currents of input circuits of critical equipment (static voltage converters, autonomous inverters, etc.) .
Для обеспечения непрерывности тока в дросселе 17 и предотвращения недопустимых перенапряжений на силовом ключе 14 при его размыкании (а также при работе ФИКП с нагрузкой 20, имеющей мощные индуктивные цепи: электродвигатели, трансформаторы и т.д.), в фильтре предусмотрен разрядный диод 16.To ensure the continuity of current in the inductor 17 and to prevent unacceptable overvoltages on the power switch 14 when it is opened (as well as during operation of the FKPP with a load of 20, which has powerful inductive circuits: electric motors, transformers, etc.), a discharge diode 16 is provided in the filter.
Режим работы при аварии в сети электропитанияOperating mode in case of an accident in the power supply network
Для защиты ИФИКП от коротких замыканий в питающей сети 1 (отключение ИФИКП от положительной шины поврежденной сети электропитания 1 до восстановления питающего напряжения) и от переполюсовки шин питания сети электропитания 1 предназначен защитный диод 13.To protect the IFICP from short circuits in the supply network 1 (disconnect the IFPCI from the positive bus of the damaged power supply network 1 until the supply voltage is restored) and from the polarity reversal of the power supply bus lines of the power supply network 1, a protective diode 13 is designed.
При возникновении аварийной ситуации в сети электропитания 1 (повышение или понижение питающего напряжения до недопустимого уровня, короткое замыкание и т.д.), определяемой с помощью датчика входного напряжения 12, микроконтроллер 6 производит запись параметров переходных процессов в сети электропитания 1 с учетом текущего времени, определяемого с помощью часов реального времени 5, в энергонезависимое запоминающее устройство 3.In the event of an emergency in the power supply network 1 (raising or lowering the supply voltage to an unacceptable level, short circuit, etc.), determined using the input voltage sensor 12, the microcontroller 6 records the parameters of the transient processes in the power supply 1 taking into account the current time , determined using the real-time clock 5, in non-volatile memory 3.
После полной потери фильтром питания от сети электропитания 1 (и соответственно полной потери электропитания нагрузкой 20) источник бесперебойного питания со встроенной аккумуляторной батареей 2, используя энергию, запасенную в аккумуляторной батарее, обеспечивает электропитанием микроконтроллер 6, оперативное запоминающее устройство 4, адаптер информационной шины 7 в течение времени, необходимом для завершения регистрации и первичной обработки параметров переходных процессов, а также для передачи контрольной информации о техническом состоянии самого фильтра и питающей его сети во внешнюю систему управления 9. Сформировав соответствующую контрольную информацию для внешней системы управления 9, микроконтроллер 6 с помощью адаптера информационной шины 7 производит ее передачу по шине информационного обмена 8. Анализ данной информации (хронограммы развития и завершения аварии в сети электропитания 1) операторами внешней системы управления 9 позволяет предпринять необходимые меры по своевременному восстановлению электроснабжения нагрузки 20.After the filter has completely lost power from the power supply network 1 (and, accordingly, the complete loss of power supply by the load 20), the uninterruptible power supply with built-in battery 2, using the energy stored in the battery, provides power to the microcontroller 6, random access memory 4, information bus adapter 7 v the flow of time necessary to complete the registration and initial processing of transient parameters, as well as to transmit control information about the technical the state of the filter itself and the network supplying it to the external control system 9. Having formed the corresponding control information for the external control system 9, the microcontroller 6 uses the information bus adapter 7 to transmit it via the information exchange bus 8. Analysis of this information (chronograms of the development and completion of an accident in power supply network 1) operators of the external control system 9 allows you to take the necessary measures for the timely restoration of power supply to the load 20.
Промышленная применимость изобретения определяется тем, что предлагаемый интеллектуальный фильтр импульсных коммутационных перенапряжений может быть изготовлен в соответствии с приведенным описанием и схемой (см. фиг.1) на базе известных комплектующих изделий и технологического оборудования.Industrial applicability of the invention is determined by the fact that the proposed intelligent filter surge switching voltage can be made in accordance with the above description and diagram (see figure 1) on the basis of known components and technological equipment.
Таким образом, предлагаемый интеллектуальный фильтр может быть использован для защиты разнообразного (ответственного и особо чувствительного к импульсным коммутационным перенапряжениям и помехам) оборудования от неблагоприятных воздействий со стороны систем электропитания в различных областях: военная техника, промышленность, жилищно-коммунальное хозяйство и т.д.Thus, the proposed smart filter can be used to protect a variety of equipment (responsible and especially sensitive to surge switching overvoltages and noise) from adverse effects from power supply systems in various fields: military equipment, industry, housing and communal services, etc.
На основании вышеизложенного и по результатам проведенного нами патентно-информационного поиска считаем, что предлагаемый интеллектуальный фильтр импульсных коммутационных перенапряжений отвечает критериям «Новизна», «Изобретательский уровень» и может быть защищен патентом Российской Федерации на изобретение.Based on the foregoing and based on the results of our patent information search, we believe that the proposed intelligent filter of pulse switching surges meets the criteria of “Novelty”, “Inventive step” and can be protected by a patent of the Russian Federation for an invention.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008112980/09A RU2375802C1 (en) | 2008-04-04 | 2008-04-04 | Intellectual filter of pulse switching overvoltages |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008112980/09A RU2375802C1 (en) | 2008-04-04 | 2008-04-04 | Intellectual filter of pulse switching overvoltages |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2008112980A RU2008112980A (en) | 2009-10-10 |
RU2375802C1 true RU2375802C1 (en) | 2009-12-10 |
Family
ID=41260485
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008112980/09A RU2375802C1 (en) | 2008-04-04 | 2008-04-04 | Intellectual filter of pulse switching overvoltages |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2375802C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
MD474Z (en) * | 2011-06-17 | 2012-08-31 | ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОННОЙ ИНЖЕНЕРИИ И НАНОТЕХНОЛОГИЙ "D. Ghitu" АНМ | Accumulator switching and protection device |
RU2483410C2 (en) * | 2011-05-16 | 2013-05-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ГОУ ВПО "СибГУТИ") | Method for noise assessment in power supply systems |
WO2014182300A1 (en) * | 2013-05-08 | 2014-11-13 | Intel Corporation | Voltage detector with high voltage protection |
RU175893U1 (en) * | 2017-04-12 | 2017-12-22 | Общество с ограниченной ответственностью "АТОС-ПРО" | START-UP PROTECTIVE DEVICE FOR INDUSTRIAL REFRIGERATOR |
-
2008
- 2008-04-04 RU RU2008112980/09A patent/RU2375802C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2483410C2 (en) * | 2011-05-16 | 2013-05-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ГОУ ВПО "СибГУТИ") | Method for noise assessment in power supply systems |
MD474Z (en) * | 2011-06-17 | 2012-08-31 | ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОННОЙ ИНЖЕНЕРИИ И НАНОТЕХНОЛОГИЙ "D. Ghitu" АНМ | Accumulator switching and protection device |
WO2014182300A1 (en) * | 2013-05-08 | 2014-11-13 | Intel Corporation | Voltage detector with high voltage protection |
US9541583B2 (en) | 2013-05-08 | 2017-01-10 | Intel Corporation | Voltage detector with high voltage protection |
RU175893U1 (en) * | 2017-04-12 | 2017-12-22 | Общество с ограниченной ответственностью "АТОС-ПРО" | START-UP PROTECTIVE DEVICE FOR INDUSTRIAL REFRIGERATOR |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2008112980A (en) | 2009-10-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2833384C (en) | Voltage sag corrector using a variable duty cycle boost converter | |
US10998718B2 (en) | Lightning and overvoltage protection device for data networks, telephony services, electroacoustic installations or bus systems | |
RU2375802C1 (en) | Intellectual filter of pulse switching overvoltages | |
Zhou et al. | A digital-controlled SiC-based solid state circuit breaker with soft-start function for DC microgrids | |
CN109792158B (en) | Hybrid active power link module apparatus and related systems and methods | |
CN105337263A (en) | Output overvoltage protection circuit and method for DC/DC converter | |
Zhou et al. | iBreaker: Intelligent tri-mode solid state circuit breaker technology | |
Heidary et al. | Compound ferroresonance overvoltage and fault current limiter for power system protection | |
CN214380045U (en) | Direct current input composite protection device | |
Purgat et al. | Design criteria of solid‐state circuit breaker for low‐voltage microgrids | |
RU143748U1 (en) | FAST KEY KEY PROTECTION DEVICE | |
US20140198423A1 (en) | Current limiter circuit for control and protection of mosfet | |
JP7396240B2 (en) | Overcurrent protection circuit | |
RU183388U1 (en) | HIGH VOLTAGE AND CURRENT PROTECTION SYSTEM PERFORMED BY THE SOLID-SWITCH OF THE SWITCHING DEVICE | |
EP3637602A1 (en) | Method for reducing switching overvoltages | |
CN216959292U (en) | Industrial power supply circuit for over-temperature and over-current protection pulse current | |
CN209929972U (en) | Overvoltage protection circuit and electronic equipment using same | |
CN215072343U (en) | Power frequency voltage modulation circuit and electronic equipment | |
KR102112444B1 (en) | A Timing Control Switch Circuit | |
CN210898523U (en) | Airborne anti-surge active clamping protection circuit | |
KR20170027225A (en) | A power supply circuit system using a negative threshold five-terminal NMOS FET device with multiple step connection for power amplification using power save leakage control | |
KR20100128353A (en) | A switch power source cycle by cycle overvoltage protection circuit | |
CN115241859A (en) | Surge-resistant reverse-connection-preventing overvoltage, undervoltage and overcurrent protection device | |
RU2317629C1 (en) | Surge voltage and switching surge filter for direct-current network | |
Kao et al. | Ultrafast Circuit Protection for Unmanned Systems |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20110304 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110405 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20120827 |
|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20121121 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160405 |