RU2686120C1 - Устройство для испытания источников электропитания постоянного тока - Google Patents
Устройство для испытания источников электропитания постоянного тока Download PDFInfo
- Publication number
- RU2686120C1 RU2686120C1 RU2018104447A RU2018104447A RU2686120C1 RU 2686120 C1 RU2686120 C1 RU 2686120C1 RU 2018104447 A RU2018104447 A RU 2018104447A RU 2018104447 A RU2018104447 A RU 2018104447A RU 2686120 C1 RU2686120 C1 RU 2686120C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- switches
- source
- phase
- inputs
- winding
- Prior art date
Links
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 claims abstract description 23
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims abstract description 18
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 70
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 20
- 238000001208 nuclear magnetic resonance pulse sequence Methods 0.000 claims 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 6
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 3
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/40—Testing power supplies
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Testing Electric Properties And Detecting Electric Faults (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области преобразовательной техники и может использоваться для испытания систем электроснабжения, в частности при наземных испытаниях высокомощных источников электропитания постоянного тока, входящих в состав бортовых систем космических аппаратов. Сущность: устройство содержит первичный источник электроэнергии, входы которого подключены к первичной электросети, клеммы для подключения входов испытываемого источника электропитания, клеммы для подключения выходов положительной и отрицательной полярностей испытываемого источника электропитания и первый измеритель тока, присоединенный к клемме подключения выхода положительной полярности испытываемого источника электропитания. Устройство дополнительно включает регулируемый источник постоянного напряжения, перестраиваемый по частоте генератор последовательностей тактовых сигналов, второй измеритель тока, первый и второй измерители напряжения, первый и второй однофазные трансформаторы, двухфазный трансформатор, первый, второй, третий и четвертый коммутаторы, каждый из которых содержит первый и второй оптоэлектронные ключи. Технический результат - снижение потерь в тракте обратной передачи электроэнергии с выхода испытываемого источника электропитания на его вход при одновременном упрощении конструкции устройства, обеспечение проверки функционирования испытываемых источников в заданном диапазоне частот входного напряжения, измерение энергетических потерь в испытываемых источниках и определение их энергетического КПД. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.
Description
Изобретение относится к области преобразовательной техники и может использоваться для испытания систем электроснабжения, в частности, при наземных испытаниях высокомощных источников электропитания постоянного тока, входящих в состав бортовых систем космических аппаратов.
При проведении испытаний высокомощных источников электропитания проверяется, в том числе, величина максимальной электрической мощности, которую они способны отдавать потребителям. В этом случае становятся актуальными вопросы энергообеспечения испытуемых систем от первичного источника и проблемы утилизации мощности, получаемой от испытываемых объектов.
При небольших уровнях выходной мощности испытываемых источников электропитания получаемая электроэнергия может быть преобразована в тепло. При возрастании мощности источников свыше десятков киловатт такой способ утилизации мощности электроэнергии становится труднореализуемым.
Из уровня техники известно устройство для испытания источников электропитания постоянного тока (см. патент РФ №75755, МПК G01R 31/02, G01R 31/40) с рекуперацией потребляемой электроэнергии в промышленную сеть. При этом требуется согласование выходного напряжения устройства и напряжения промышленной сети, что приводит к усложнению устройства, ухудшению его массогабаритных характеристик и снижению коэффициента использования электроэнергии.
В качестве прототипа заявляемого устройства выбрано известное из уровня техники устройство для испытания вторичных источников электропитания постоянного тока (см. патент РФ №129263, МПК G01R 31/40), основанное на принципе возврата электроэнергии с выхода испытываемого источника на его вход, содержащее первичный источник электроэнергии, входы которого подключены к первичной электросети, измеритель тока, включенный в выходную цепь положительной полярности испытываемого источника электропитания, усилитель-сумматор, источник опорного напряжения, импульсный преобразователь напряжения и развязывающие диоды.
Недостатками этого устройства являются его техническая сложность, снижение коэффициента использования электроэнергии, особенно, при больших выходных мощностях и сравнительно невысоких значениях выходных напряжений испытываемых источников электропитания, отсутствие возможности определения величины энергетических потерь в испытываемых устройствах и их к.п.д., а также проверки их функционирования в заданных диапазонах параметров входного напряжения.
Техническая проблема, на разрешение которой направлено изобретение, заключается в создании устройства для испытания источников электропитания постоянного тока, обладающего расширенным арсеналом функциональных возможностей и высоким уровнем энергоэффективности испытаний высокомощных источников электропитания постоянного тока при одновременном упрощении конструкции устройства.
Технический результат, достигаемый при решении технической проблемы, заключается в снижении потерь в тракте обратной передачи электроэнергии с выхода испытываемого источника электропитания на его вход при одновременном упрощении конструкции устройства. Кроме того, устройство обеспечивает проверку функционирования испытываемых источников электропитания в заданном диапазоне частот входного напряжения и позволяет измерять энергетические потери в испытываемых источниках электропитания и определять их энергетический к.п.д.
Указанный технический результат достигается в двух вариантах осуществления заявляемого устройства.
В первом варианте осуществления устройство для испытания источников электропитания постоянного тока, содержащее первичный источник электроэнергии, входы которого подключены к первичной электросети, клеммы для подключения входов испытываемого источника электропитания, клеммы для подключения выходов положительной и отрицательной полярностей испытываемого источника электропитания, первый измеритель тока, присоединенный к клемме подключения выхода положительной полярности испытываемого источника электропитания, дополнительно включает регулируемый источник постоянного напряжения, перестраиваемый по частоте генератор последовательностей тактовых сигналов, второй измеритель тока, первый и второй измерители напряжения, первый и второй однофазные трансформаторы, двухфазный трансформатор, первый, второй, третий и четвертый коммутаторы, каждый из которых содержит первый и второй оптоэлектронные ключи, при этом выходы первичного источника электроэнергии подключены к входам электропитания регулируемого источника постоянного напряжения и перестраиваемого по частоте генератора последовательностей тактовых сигналов, второй измеритель тока включен в выходную цепь положительной полярности регулируемого источника постоянного напряжения, первый измеритель напряжения присоединен к клеммам подключения выходов положительной и отрицательной полярностей испытываемого источника электропитания, второй измеритель напряжения подключен параллельно выходам регулируемого источника постоянного напряжения, выходы первой и второй последовательностей тактовых сигналов перестраиваемого по частоте генератора последовательностей тактовых сигналов подключены к первым обмоткам первого и второго однофазных трансформаторов соответственно, вторая обмотка первого однофазного трансформатора подключена противофазно к управляющим входам первого и второго коммутаторов, а вторая обмотка второго однофазного трансформатора подключена противофазно к управляющим входам третьего и четвертого коммутаторов, клемма подключения выхода положительной полярности испытываемого источника электропитания через первый измеритель тока и первые оптоэлектронные ключи первого и второго коммутаторов подключена к первой обмотке двухфазного трансформатора, которая через вторые оптоэлектронные ключи первого и второго коммутаторов соединяется с клеммой подключения выхода отрицательной полярности испытываемого источника электропитания, выход положительной полярности регулируемого источника постоянного напряжения через второй измеритель тока и первые оптоэлектронные ключи третьего и четвертого коммутаторов подключен ко второй обмотке двухфазного трансформатора, которая через вторые оптоэлектронные ключи третьего и четвертого коммутаторов соединяется с выходом отрицательной полярности регулируемого источника постоянного напряжения, третья обмотка двухфазного трансформатора присоединена к клеммам подключения входов испытываемого источника электропитания.
Во втором варианте осуществления устройство для испытания источников электропитания постоянного тока, содержащее первичный источник электроэнергии, входы которого подключены к первичной электросети, клеммы для подключения входов испытываемого источника электропитания, клеммы для подключения выходов положительной и отрицательной полярностей испытываемого источника электропитания, измеритель тока, присоединенный к клемме подключения выхода положительной полярности испытываемого источника электропитания, дополнительно включает регулируемый источник постоянного напряжения, перестраиваемый по частоте генератор последовательностей тактовых сигналов, измеритель напряжения, первый и второй однофазные трансформаторы, двухфазный трансформатор, первый, второй, третий и четвертый коммутаторы, каждый из которых содержит первый и второй оптоэлектронные ключи, и измеритель разности фаз с двумя гальванически развязанными парами входов, при этом выходы первичного источника электроэнергии подключены к входам электропитания регулируемого источника постоянного напряжения и перестраиваемого по частоте генератора последовательностей тактовых сигналов, измеритель напряжения подключен параллельно выходу испытываемого источника электропитания, выходы первой и второй последовательностей тактовых сигналов перестраиваемого по частоте генератора последовательностей тактовых сигналов подключены к первым обмоткам первого и второго однофазных трансформаторов соответственно, вторая обмотка первого однофазного трансформатора подключена противофазно к управляющим входам первого и второго коммутаторов, а вторая обмотка второго однофазного трансформатора подключена противофазно к управляющим входам третьего и четвертого коммутаторов, клемма подключения выхода положительной полярности испытываемого источника электропитания через измеритель тока и первые оптоэлектронные ключи первого и второго коммутаторов подключена к первой обмотке двухфазного трансформатора, которая через вторые оптоэлектронные ключи первого и второго коммутаторов соединяется с клеммой подключения выхода отрицательной полярности испытываемого источника электропитания, выход положительной полярности регулируемого источника постоянного напряжения через первые оптоэлектронные ключи третьего и четвертого коммутаторов подключен ко второй обмотке двухфазного трансформатора, которая через вторые оптоэлектронные ключи третьего и четвертого коммутаторов соединяется с выходом отрицательной полярности регулируемого источника постоянного напряжения, третья обмотка двухфазного трансформатора присоединена к клеммам подключения входов испытываемого источника электропитания и к первой гальванически развязанной паре входов измерителя разности фаз, а вторая гальванически развязанная пара входов измерителя разности фаз подключена к первой или второй обмотке двухфазного трансформатора, причем оба варианта подключения этой пары входов измерителя разности фаз равнозначны.
Заявляемое изобретение поясняется чертежами, представленными на фиг. 1-5.
На фиг. 1 изображена схема первого варианта осуществления устройства для испытания источников электропитания постоянного тока.
На фиг. 2 изображены эпюры напряжений UT1 и UT2 первой и второй последовательностей тактовых сигналов на выходах перестраиваемого по частоте генератора последовательностей тактовых сигналов, представляющие собой меандры одной тактовой частоты, сдвинутые по фазе друг относительно друга на четверть периода.
На фиг. 3 изображена векторная диаграмма, поясняющая формирование напряжения U33 на третьей обмотке двухфазного трансформатора как векторной суммы напряжений на его первой и второй обмотках, пересчитанных к третьей обмотке.
На фиг. 4 изображена схема второго варианта осуществления устройства для испытания источников электропитания постоянного тока.
На фиг. 5 изображены эпюры сигналов, поясняющие принцип работы измерителя разности фаз, присутствующего на схеме второго варианта осуществления устройства для испытания источников электропитания постоянного тока.
Согласно первому варианту осуществления, изображенному на фиг. 1, устройство для испытания источников электропитания постоянного тока содержит источник бесперебойного питания (1), входы которого подключены к первичной электросети, клеммы (2) подключения входов испытываемого источника электропитания, клеммы (3) и (4) подключения выходов испытываемого источника электропитания положительной и отрицательной полярностей соответственно, перестраиваемый по частоте генератор (5) двух последовательностей тактовых сигналов одинаковой частоты, сдвинутых по фазе друг относительно друга на четверть периода, регулируемый источник постоянного напряжения (6), первый измеритель тока (7), присоединенный к клемме (3) подключения выхода положительной полярности испытываемого источника электропитания, первый измеритель напряжения (8), второй измеритель тока (9), второй измеритель напряжения (10), первый (11) и второй (12) однофазные трансформаторы, первый (13), второй (14), третий (15) и четвертый (16) коммутаторы, каждый из которых содержит первый (К1) и второй (К2) оптоэлектронные ключи, двухфазный трансформатор (17). При этом выходы источника бесперебойного питания (1) подключены к входам электропитания перестраиваемого по частоте генератора последовательностей тактовых сигналов (5) и регулируемого источника постоянного напряжения (6). Второй измеритель тока (9) включен в выходную цепь положительной полярности регулируемого источника постоянного напряжения (6). Первый измеритель напряжения (8) присоединен к клеммам подключения выходов положительной и отрицательной полярностей испытываемого источника электропитания. Второй измеритель напряжения (10) подключен параллельно выходам регулируемого источника постоянного напряжения (6). Выходы первой и второй последовательностей тактовых сигналов перестраиваемого по частоте генератора (5) подключены к первым обмоткам первого (11) и второго (12) однофазных трансформаторов соответственно, вторая обмотка первого однофазного трансформатора (11) подключена противофазно к управляющим входам первого (13) и второго (14) коммутаторов, а вторая обмотка второго однофазного трансформатора (12) подключена противофазно к управляющим входам третьего (15) и четвертого (16) коммутаторов. Клемма (3) подключения выхода положительной полярности испытываемого источника электропитания через первый измеритель тока (7) и первые оптоэлектронные ключи (К1) первого (13) и второго (14) коммутаторов подключена к первой обмотке двухфазного трансформатора (17), которая через вторые оптоэлектронные ключи (К2) первого (13) и второго (14) коммутаторов соединяется с клеммой (4) подключения выхода отрицательной полярности испытываемого источника электропитания. Выход положительной полярности регулируемого источника постоянного напряжения (6) через второй измеритель тока (9) и первые (К1) оптоэлектронные ключи третьего (15) и четвертого (16) коммутаторов подключен ко второй обмотке двухфазного трансформатора (15), которая через вторые (К2) оптоэлектронные ключи третьего (15) и четвертого (16) коммутаторов соединяется с выходом отрицательной полярности регулируемого источника постоянного напряжения (6). Третья обмотка двухфазного трансформатора (17) подключена к клеммам (2) подключения входов испытываемого источника электропитания.
Испытываемый источник электропитания (18), не входящий в состав заявляемого устройства, на фиг. 1 показан условно.
Заявляемое устройство, реализованное по первому варианту осуществления, функционирует следующим образом.
Источник бесперебойного питания (1) обеспечивает электропитанием перестраиваемый по частоте генератор последовательностей тактовых сигналов (5) и регулируемый источник постоянного напряжения (6).
Перестраиваемый по частоте генератор (5) формирует две тактовые последовательности UT1 и UT2 одной частоты FT в форме меандров, сдвинутых по фазе друг относительно друга на четверть периода, показанные на фиг. 2. Такие тактовые сигналы могут быть получены, например, путем деления на 2 с помощью счетных триггеров частот прямого и инверсного меандров удвоенной тактовой частоты 2FT, изменяемой при перестройке генератора (5).
Сформированные тактовые последовательности UT1 и UT2 поступают на первые обмотки первого (11) и второго (12) однофазных трансформаторов соответственно.
Противофазное подключение второй обмотки первого однофазного трансформатора (11) к прямым и инверсным управляющим входам коммутаторов (13) и (14) обеспечивает противофазное управление этими коммутаторами, при котором в одном полупериоде управляющего напряжения UT1 частоты FT происходит замыкание ключей (К1) и (К2) коммутатора (13), а в другом полупериоде - замыкание ключей (К1) и (К2) коммутатора (14).
За счет противофазного управления коммутаторами (13) и (14) обеспечивается перекоммутация подключения первой обмотки двухфазного трансформатора (17) к клеммам (3) и (4), служащим, соответственно, для подключения выходов положительной и отрицательной полярностей испытываемого источника электропитания (18), в результате чего напряжение U31 на этой обмотке имеет форму меандра частоты FT с амплитудой, равной величине постоянного напряжения на выходе испытываемого источника электропитания (18).
Аналогично противофазное подключение второй обмотки второго однофазного трансформатора (12) к прямым и инверсным управляющим входам коммутаторов (15) и (16) обеспечивает противофазное управление этими коммутаторами, при котором в одном полупериоде управляющего напряжения UT2 частоты FT происходит замыкание ключей (К1) и (К2) коммутатора (15), а в другом полупериоде - замыкание ключей (К1) и (К2) коммутатора (16).
За счет противофазного управления коммутаторами (15) и (16) обеспечивается перекоммутация подключения второй обмотки двухфазного трансформатора (17) к выходам положительной и отрицательной полярностей регулируемого источника постоянного напряжения (5), в результате чего напряжение U32 на этой обмотке имеет форму меандра частоты FT с амплитудой, равной величине постоянного напряжения регулируемого источника постоянного напряжения (5), но сдвинутого по фазе относительно напряжения U31 на первой обмотке третьего трансформатора (17) на четверть периода частоты FT.
Напряжение U33 на третьей обмотке двухфазного трансформатора (17) представляет собой векторную сумму пересчитанных для этой обмотки напряжений U31 и U32 соответственно на первой и второй обмотках этого трансформатора, что поясняется векторной диаграммой, приведенной на фиг. 3, где
n31=ω3/ω1 - коэффициент трансформации, определяемый отношением числа витков третьей обмотки к числу витков первой обмотки;
n32=ω3/ω2 - коэффициент трансформации, определяемый отношением числа витков третьей обмотки к числу витков второй обмотки.
Коэффициенты трансформации задаются с учетом соотношений диапазонов входных и выходных напряжений ряда испытываемых источников электропитания.
Так как электрические мощности пропорциональны квадратам напряжений, то, согласно векторной диаграмме фиг. 3, мощность, снимаемая с третьей обмотки двухфазного трансформатора (17), равна сумме мощностей в его первой и второй обмотках, т.е. двухфазный трансформатор (17) в данном случае осуществляет суммирование мощностей с выходов испытываемого источника электропитания (18) и регулируемого источника постоянного напряжения (6). (Один из возможных вариантов реализации двухфазного трансформатора приведен в описании изобретения к патенту РФ №2271048 МПК H01F 30/04).
С третьей обмотки трансформатора (17) суммарная мощность через клеммы (2) передается на вход испытываемого источника электропитания (18).
Передача электроэнергии с выхода испытываемого устройства (18) на его вход в сумме с электроэнергией, поступающей от источника бесперебойного питания (1) первичной электроэнергии через регулируемый источник постоянного напряжения (6), позволяет циклически наращивать мощность на выходе испытываемого источника электропитания (18) до значения, соответствующего установившемуся режиму, который описывается нижеприведенными соотношениями.
Так мощность на выходе испытываемого устройства (18):
РВЫХ18=РВХ18⋅q18, где РВХ18 - мощность на входе испытываемого устройства; q18 - к.п.д. испытываемого устройства.
В свою очередь, мощность, поступающая на вход испытываемого устройства (18):
РВХ18=РВЫХ6⋅q6-18+РВЫХ18⋅q18-18, где РВЫХ6 - выходная мощность регулируемого источника постоянного напряжения (6);
q6-8 - к.п.д. тракта преобразования для выходной энергии регулируемого источника постоянного напряжения (6) (тракта (6)→(17)→(18));
q18-18 - к.п.д. тракта преобразования для выходной энергии испытываемого устройства (18) (тракта (18)→(17)→(18)).
Из двух предыдущих выражений:
РВЫХ18=(РВЫХ6⋅q6-18+РВЫХ18⋅q18-18)⋅q18,
отсюда РВЫХ18=РВЫХ6⋅q6-18⋅q18⋅1/(1-q18-18⋅q18)
Последнее выражение, определяющее РВЫХ18 в установившемся режиме, представляет собой сумму членов бесконечно убывающей геометрической прогрессии со знаменателем (q18-18⋅q18).
Например, для q18-18⋅q18=q=0,96 (характерное значение для мощных систем) и (q6-18/q18-18)≈1 получим:
РВЫХ18≈РВЫХ6⋅q/(1-q)=РВЫХ6⋅0,96/0,04≈24 РВЫХ6,
т.е. в данном случае за счет накопления энергии, возвращаемой с выхода на вход испытываемого устройства (18), для получения электроэнергии заданной мощности на его выходе требуется в 24 раза меньшая мощность внешнего источника (6).
Таким образом, величина мощности на выходе испытываемого источника электропитания прямо пропорциональна выходной мощности регулируемого источника напряжения (связана через постоянный коэффициент). Это дает возможность проверять функционирование испытываемого устройства в требуемом диапазоне выходных мощностей.
Кроме того, мощность, поступающая от регулируемого источника напряжения (6) в установившемся режиме, равна суммарной мощности потерь в испытываемом устройстве (18) и в трактах преобразования (6)→(17)→(18) и (18)→(17)→(18), т.е. утилизируемой мощности.
Действительно:
- потери мощности в испытываемом устройстве (18)
РП18=РВХ18⋅(1-q18)=(РВЫХ6⋅q6-18+РВЫХ18⋅q18-18)⋅(1-q18);
- суммарные потери мощности в трактах преобразования (6)→(17)→(18)и (18)→(17)→(18)
РПТ=РВЫХ6(1-q6-18)+РВЫХ18(1-q18-18);
- общие потери мощности (утилизируемая мощность электроэнергии)
РПΣ=РП18+РПТ=РВЫХ6(1-q18⋅q6-18)+РВЫХ18(1-q18⋅q18-18)=РВЫХ6(1-q18⋅q6-18)+РВЫХ6⋅q6-18⋅q18=РВЫХ6.
Рассмотренный первый вариант осуществления устройства подтверждает достижение технического результата, разрешающего техническую проблему, на решение которой направлено изобретение, а именно:
- повышение энергоэффективности испытаний источников электропитания постоянного тока достигается увеличением к.п.д. тракта обратной передачи энергии с выхода испытываемого устройства на его вход (обозначенного q18-18) за счет исключения последовательно включенных импульсного преобразователя напряжения, развязывающего диода и конвертора, присутствующих в аналогичном тракте обратной передачи устройства-прототипа, при этом одновременно достигается упрощение конструкции устройства;
- проверка функционирования испытываемых источников электропитания в заданных диапазонах частот входного напряжения обеспечивается за счет применения в заявляемом устройстве перестраиваемого по частоте генератора (5) последовательностей тактовых сигналов;
- по показаниям измерителей токов и напряжений, имеющихся в данном варианте заявляемого устройства, обеспечивается определение мощности потерь и к.п.д. испытываемого источника электропитания постоянного тока.
Действительно, потери мощности в испытываемом источнике электропитания определяются согласно вышеприведенному соотношению
РП18=РВХ18⋅(1-q18)=(РВЫХ6⋅q6-18+РВЫХ18⋅q18-18)⋅(1-q18)=(I9⋅U10⋅q6-18+I7⋅U8⋅q18-18)⋅(1-q18),
а его к.п.д. составляет
q18=I7⋅U8/(I9⋅U10⋅q6-18+I7⋅U8⋅q18-18),
где I7, I9 и U8, U10 - показания измерителей тока (7), (9) и напряжения (8), (10) по схеме фиг. 1, при этом к.п.д. трактов преобразования q6-18 и q18-18, входящие в последние соотношения, определяются при технической аттестации заявляемого устройства.
Анализ векторной диаграммы фиг. 3 показывает, что к.п.д. испытываемого устройства может быть определен по величине угла α сдвига фаз между напряжением на третьей обмотке двухфазного трансформатора (17) и пересчитанной для этой обмотки составляющей напряжения второй обмотки трансформатора (17).
Действительно
q18=1-(РП18/РВХ18)=1-[(n32 U32)2/U33 2]=1-cos2α=sin2α.
Так как фаза пересчитанной для третьей обмотки составляющей напряжения второй обмотки трансформатора (17) однозначно связана с фазой напряжения на второй обмотке, то определение к.п.д. испытываемого устройства может быть произведено путем измерения угла α сдвига фаз между напряжениями на второй и третьей обмотках двухфазного трансформатора (17).
Используя соотношения для функций дополнительных углов, получим
q18=sin2α=cos2(π/2-α)=cos2β=(n31 U31)2/U33 2,
где β - угол сдвига фаз между напряжением на третьей обмотке двухфазного трансформатора (17) и пересчитанной для этой обмотки составляющей напряжения первой обмотки трансформатора (17), дополняющий угол α до π/2.
Таким образом, определение к.п.д. испытываемого источника электропитания постоянного тока может быть осуществлено и путем измерения угла β сдвига фаз между напряжениями на первой и третьей обмотках двухфазного трансформатора (17).
Оба варианта определения к.п.д. испытываемого источника электропитания постоянного тока (с измерением угла α или угла β) равнозначны.
Исходя из этого на фиг. 4 представлена схема второго варианта осуществления заявляемого устройства, отличающаяся от схемы первого варианта, приведенной на фиг. 1, наличием дополнительно введенного измерителя разности фаз (19) с двумя гальванически развязанными парами входов, а также отсутствием измерителей тока (9) и напряжения (10) регулируемого источника постоянного напряжения (6), при этом первая гальванически развязанная пара входов измерителя разности фаз (19) подключена к третьей обмотке двухфазного трансформатора (17), а вторая гальванически развязанная пара входов измерителя разности фаз (19) подключена к первой или ко второй (как изображено на схеме фиг. 4) обмотке двухфазного трансформатора (17), причем оба варианта подключения этой пары входов измерителя разности фаз (19) равнозначны.
Функционирование второго варианта заявляемого устройства по схеме фиг. 4 аналогично работе первого варианта по схеме фиг. 1. за исключением определения к.п.д. испытываемого устройства и энергетических потерь в нем с использованием измерителя разности фаз (19) через значение измеренного угла α сдвига фаз между напряжениями на второй и третьей обмотках двухфазного трансформатора соответственно по соотношениям:
q18=sin2α и РП18=РВЫХ18⋅(1-sin2α)/sin2α=I7⋅U8⋅ctg2α,
где α - измеренный угол сдвига фаз; I7 и U8 - показания измерителей выходного тока и напряжения испытываемого источника электропитания соответственно.
(При определении к.п.д. испытываемого устройства через значение измеренного угла β сдвига фаз между напряжениями на первой и третьей обмотках двухфазного трансформатора соответственно аналогичные соотношения имеют вид:
q18=cos2β и РП18=РВЫХ18⋅(1-cos2β)/cos2β=I7⋅U8⋅tg2β,
где β - измеренный угол сдвига фаз; I7 и U8 - показания измерителей выходного тока и напряжения испытываемого источника электропитания соответственно).
Измеритель разности фаз (19) может быть построен, например, на принципе измерения постоянной составляющей суммы по модулю 2 логических сигналов, получаемых из входных сигналов, поступающих на первую и вторую пары входов, гальванически развязанных друг от друга, путем их глубокого ограничения с последующим компарированием по нулевому порогу.
Это поясняется эпюрами, представленными на фиг. 5 для случая измерения угла α, сдвига фаз между напряжениями на второй и третьей обмотках двухфазного трансформатора.
На фиг. 5 обозначено:
- U2ОГР и U3ОГР - логические сигналы, полученные из напряжений второй и третьей обмоток двухфазного трансформатора путем глубокого ограничения с последующим компарированием по нулевому порогу;
- Umod2 - сумма по модулю 2 логических сигналов U2ОГР и U3ОГР;
- А=α/2πFT, где α - угол сдвига фаз между U2ОГР и U3ОГР;
- Т=1/FT - период тактовых последовательностей генератора (5);
- UDC=2А⋅Umod2/Т - постоянная составляющая сигнала Umod2, пропорциональная сдвигу фаз α.
Технический результат, достигаемый при осуществлении второго варианта заявляемого устройства, аналогичен техническому результату при осуществлении первого варианта устройства.
Таким образом, полученный технический результат в обоих представленных вариантах заявляемого устройства подтверждает достижение цели данного изобретения.
Claims (14)
1. Устройство для испытания источников электропитания постоянного тока, содержащее:
первичный источник электроэнергии, входы которого подключены к первичной электросети,
клеммы для подключения входов испытываемого источника электропитания,
клеммы для подключения выходов положительной и отрицательной полярностей испытываемого источника электропитания,
первый измеритель тока, присоединенный к клемме подключения выхода положительной полярности испытываемого источника электропитания,
отличающееся тем, что дополнительно включает регулируемый источник постоянного напряжения, перестраиваемый по частоте генератор последовательностей тактовых сигналов, второй измеритель тока, первый и второй измерители напряжения, первый и второй однофазные трансформаторы, двухфазный трансформатор, первый, второй, третий и четвертый коммутаторы, каждый из которых содержит первый и второй оптоэлектронные ключи,
при этом выходы первичного источника электроэнергии подключены к входам электропитания регулируемого источника постоянного напряжения и перестраиваемого по частоте генератора последовательностей тактовых сигналов, второй измеритель тока включен в выходную цепь положительной полярности регулируемого источника постоянного напряжения, первый измеритель напряжения присоединен к клеммам подключения выходов положительной и отрицательной полярностей испытываемого источника электропитания, второй измеритель напряжения подключен параллельно выходам регулируемого источника постоянного напряжения, выходы первой и второй последовательностей тактовых сигналов перестраиваемого по частоте генератора последовательностей тактовых сигналов подключены к первым обмоткам первого и второго однофазных трансформаторов соответственно, вторая обмотка первого однофазного трансформатора подключена противофазно к управляющим входам первого и второго коммутаторов, а вторая обмотка второго однофазного трансформатора подключена противофазно к управляющим входам третьего и четвертого коммутаторов, клемма подключения выхода положительной полярности испытываемого источника электропитания через первый измеритель тока и первые оптоэлектронные ключи первого и второго коммутаторов подключена к первой обмотке двухфазного трансформатора, которая через вторые оптоэлектронные ключи первого и второго коммутаторов соединяется с клеммой подключения выхода отрицательной полярности испытываемого источника электропитания, выход положительной полярности регулируемого источника постоянного напряжения через второй измеритель тока и первые оптоэлектронные ключи третьего и четвертого коммутаторов подключен ко второй обмотке двухфазного трансформатора, которая через вторые оптоэлектронные ключи третьего и четвертого коммутаторов соединяется с выходом отрицательной полярности регулируемого источника постоянного напряжения, третья обмотка двухфазного трансформатора присоединена к клеммам подключения входов испытываемого источника электропитания.
2. Устройство для испытания источников электропитания постоянного тока, содержащее
первичный источник электроэнергии, входы которого подключены к первичной электросети,
клеммы для подключения входов испытываемого источника электропитания,
клеммы для подключения выходов положительной и отрицательной полярностей испытываемого источника электропитания,
измеритель тока, присоединенный к клемме подключения выхода положительной полярности испытываемого источника электропитания,
отличающееся тем, что дополнительно включает регулируемый источник постоянного напряжения, перестраиваемый по частоте генератор последовательностей тактовых сигналов, измеритель напряжения, первый и второй однофазные трансформаторы, двухфазный трансформатор, первый, второй, третий и четвертый коммутаторы, каждый из которых содержит первый и второй оптоэлектронные ключи, и измеритель разности фаз с двумя гальванически развязанными парами входов,
при этом выходы первичного источника электроэнергии подключены к входам электропитания регулируемого источника постоянного напряжения и перестраиваемого по частоте генератора последовательностей тактовых сигналов, измеритель напряжения подключен параллельно выходу испытываемого источника электропитания, выходы первой и второй последовательностей тактовых сигналов перестраиваемого по частоте генератора последовательностей тактовых сигналов подключены к первым обмоткам первого и второго однофазных трансформаторов соответственно, вторая обмотка первого однофазного трансформатора подключена противофазно к управляющим входам первого и второго коммутаторов, а вторая обмотка второго однофазного трансформатора подключена противофазно к управляющим входам третьего и четвертого коммутаторов, клемма подключения выхода положительной полярности испытываемого источника электропитания через измеритель тока и первые оптоэлектронные ключи первого и второго коммутаторов подключена к первой обмотке двухфазного трансформатора, которая через вторые оптоэлектронные ключи первого и второго коммутаторов соединяется с клеммой подключения выхода отрицательной полярности испытываемого источника электропитания, выход положительной полярности регулируемого источника постоянного напряжения через первые оптоэлектронные ключи третьего и четвертого коммутаторов подключен ко второй обмотке двухфазного трансформатора, которая через вторые оптоэлектронные ключи третьего и четвертого коммутаторов соединяется с выходом отрицательной полярности регулируемого источника постоянного напряжения, третья обмотка двухфазного трансформатора присоединена к клеммам подключения входов испытываемого источника электропитания и к первой гальванически развязанной паре входов измерителя разности фаз, а вторая гальванически развязанная пара входов измерителя разности фаз подключена к первой или второй обмотке двухфазного трансформатора, причем оба варианта подключения этой пары входов измерителя разности фаз равнозначны.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018104447A RU2686120C1 (ru) | 2018-02-06 | 2018-02-06 | Устройство для испытания источников электропитания постоянного тока |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018104447A RU2686120C1 (ru) | 2018-02-06 | 2018-02-06 | Устройство для испытания источников электропитания постоянного тока |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2686120C1 true RU2686120C1 (ru) | 2019-04-24 |
Family
ID=66314704
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018104447A RU2686120C1 (ru) | 2018-02-06 | 2018-02-06 | Устройство для испытания источников электропитания постоянного тока |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2686120C1 (ru) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4037156A (en) * | 1975-04-30 | 1977-07-19 | Compagnie Honeywell Bull (Societe Anonyme) | Power supply testing apparatus |
| US4357574A (en) * | 1979-05-21 | 1982-11-02 | Takamisawa Cybernetics Co., Ltd. | Loading apparatus for testing a power supply |
| US5764047A (en) * | 1995-12-29 | 1998-06-09 | Intel Corporation | Measurement of power supply dc current by means of a small ac current |
| RU129263U1 (ru) * | 2013-01-23 | 2013-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика А.Ф. Решетнева" (СибГАУ) | Устройство для испытания вторичных источников электропитания |
| RU154432U1 (ru) * | 2015-03-20 | 2015-08-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГАУ) | Комплекс для наземных испытаний систем электропитания космических аппаратов |
| RU159208U1 (ru) * | 2015-10-20 | 2016-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГАУ) | Комплекс для наземных испытаний систем электропитания космических аппаратов |
| CN106772116A (zh) * | 2016-11-28 | 2017-05-31 | 北京卫星制造厂 | 一种用于宇航卫星二次电源的自动测试系统 |
| CN206671514U (zh) * | 2017-04-25 | 2017-11-24 | 西安航空学院 | 飞机二次电源bit系统 |
-
2018
- 2018-02-06 RU RU2018104447A patent/RU2686120C1/ru active IP Right Revival
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4037156A (en) * | 1975-04-30 | 1977-07-19 | Compagnie Honeywell Bull (Societe Anonyme) | Power supply testing apparatus |
| US4357574A (en) * | 1979-05-21 | 1982-11-02 | Takamisawa Cybernetics Co., Ltd. | Loading apparatus for testing a power supply |
| US5764047A (en) * | 1995-12-29 | 1998-06-09 | Intel Corporation | Measurement of power supply dc current by means of a small ac current |
| RU129263U1 (ru) * | 2013-01-23 | 2013-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика А.Ф. Решетнева" (СибГАУ) | Устройство для испытания вторичных источников электропитания |
| RU154432U1 (ru) * | 2015-03-20 | 2015-08-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГАУ) | Комплекс для наземных испытаний систем электропитания космических аппаратов |
| RU159208U1 (ru) * | 2015-10-20 | 2016-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГАУ) | Комплекс для наземных испытаний систем электропитания космических аппаратов |
| CN106772116A (zh) * | 2016-11-28 | 2017-05-31 | 北京卫星制造厂 | 一种用于宇航卫星二次电源的自动测试系统 |
| CN206671514U (zh) * | 2017-04-25 | 2017-11-24 | 西安航空学院 | 飞机二次电源bit系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10608523B2 (en) | 12-phase transformer rectifier | |
| RU2686120C1 (ru) | Устройство для испытания источников электропитания постоянного тока | |
| CN105009437A (zh) | 用于多电池电源中的反馈感测的设备和方法 | |
| Arteaga et al. | A multi-MHz IPT-link developed for load characterisation at highly variable coupling factor | |
| RU2013138012A (ru) | Способ и устройство для измерения переменного напряжения | |
| RU2648020C1 (ru) | Устройство измерения переменного тока и напряжения с гальванической развязкой | |
| Gheorghe et al. | Frequency domain models for nonlinear home appliance devices | |
| Baroi et al. | Design and simulation of different wireless power transfer circuits | |
| US6566895B2 (en) | Unbalanced three phase delta power measurement apparatus and method | |
| Sanoh et al. | A calibration method for a commercial coaxial shunt at high pulse current | |
| Sergeev et al. | Measurement of the LED electroluminescence 3dB frequency at low currents | |
| RU2406204C1 (ru) | Способ построения и настройки высокочастотной релейной защиты линии | |
| Zhang et al. | A new method for measuring the level dependence of ac shunts | |
| RU2377712C1 (ru) | Мостовой инвертор с предотвращением одностороннего насыщения выходного трансформатора | |
| Khan et al. | Comparative analysis of differential delta configured 18-pulse ATRU | |
| CN101615501B (zh) | 电压、电流一体式采样装置 | |
| RU2602078C1 (ru) | Устройство для зарядки аккумуляторной батареи подводного объекта | |
| Benaboud et al. | A high voltage direct current transmission system: natural and selective harmonic cancellation | |
| Vdovychenko et al. | Power Measurement at Wireless Transmission of Electricity in the Frequency Range from 0.01 to 10 MHz | |
| US11012001B2 (en) | Transformer-less, tapped point AC voltage splitter for full bridge DC AC inverters | |
| Vocke et al. | Design of a Test Method for Investigating the Influence of Zero Crossings on the Breakdown Voltage for Medium-Frequency Voltage Stresses | |
| Di Capua et al. | Sensitivity Analysis of Inductive Power Transfer Systems for Electric Vehicles Battery Charging | |
| SU1626194A1 (ru) | Устройство дл измерени комплексного коэффициента отражени двухполюсника СВЧ | |
| Jordão et al. | Multi-sine channel optimization for RF-to-dc performance characterization | |
| Zulkifli et al. | Dual voltage differentially-driven rectifier for rectenna application |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200207 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20210419 |