RU88871U1

RU88871U1 - PULSE VOLTAGE CONVERTER

Info

Publication number: RU88871U1
Application number: RU2009126670/22U
Authority: RU
Inventors: Юрий Александрович Борисов
Original assignee: Юрий Александрович Борисов
Priority date: 2009-07-10
Filing date: 2009-07-10
Publication date: 2009-11-20

Abstract

1. Импульсный преобразователь напряжения, содержащий входной выпрямитель и блок управления, имеющий в своем составе микроконтроллер и аналого-цифровой преобразователь, отличающийся тем, что блок управления дополнительно содержит коммуникационный порт, а выход выпрямителя через устройство плавного пуска подключен к входу источника питающих напряжений, выход которого подключен к входу ключевого усилителя мощности, который своим выходом подключен к входу нормализатора, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, который, в свою очередь, имеет связь с микроконтроллером, который своими управляющими выходами подключен к входам управления ключевого усилителя мощности и источника питающих напряжений, а через двунаправленную связь посредством коммуникационного порта подключен к персональному компьютеру. ! 2. Импульсный преобразователь напряжения по п.1, отличающийся тем, что на выходе ключевого усилителя мощности он содержит цепь измерения тока и напряжения, состоящую из нормализатора, подключенного к аналого-цифровому преобразователю, передающему вычисленные значения на микроконтроллер и через коммуникационный порт на персональный компьютер. ! 3. Импульсный преобразователь напряжения по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит сервисный источник питания внутренних схем.1. A pulse voltage converter containing an input rectifier and a control unit, comprising a microcontroller and an analog-to-digital converter, characterized in that the control unit further comprises a communication port, and the output of the rectifier through a soft starter is connected to the input of the supply voltage source, the output which is connected to the input of the key power amplifier, which by its output is connected to the input of the normalizer, the output of which is connected to the input of the analog-to-digital converter Which, in turn, is in communication with the microcontroller that their control outputs connected to the power amplifier control key inputs and a source of supply voltage, and via a bidirectional communication by the communication port connected to a PC. ! 2. The pulse voltage converter according to claim 1, characterized in that at the output of the key power amplifier it contains a current and voltage measuring circuit consisting of a normalizer connected to an analog-to-digital converter that transfers the calculated values to the microcontroller and through the communication port to a personal computer . ! 3. The pulse voltage Converter according to claim 1, characterized in that it further comprises a service power source for internal circuits.

Description

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к вторичным источникам питания или преобразователям напряжения и предназначена для получения от сети 220 В напряжения необходимой величины и частоты. Заявленное решение может быть использовано в системах питания, в частности, питания авиационного и другого оборудования переменным однофазным напряжением 115В частотой 400Гц и/или трехфазным переменным напряжением 115/200 В частотой 400 Гц.The utility model relates to electrical engineering, in particular to secondary power sources or voltage converters, and is intended to receive the voltage of the required magnitude and frequency from the 220 V network. The claimed solution can be used in power systems, in particular, for supplying aviation and other equipment with alternating single-phase voltage 115 V at 400 Hz and / or three-phase alternating voltage 115/200 V at 400 Hz.

Электромеханические преобразователи, используемые для этих целей не выпускают маломощными. Они как правило питают целые помещения лабораторий. Их в начале рабочей смены запускают, и они работают до конца рабочего дня, не зависимо, подключены или нет потребители. Из-за меньшего КПД даже на холостом ходу они существенно потребляют электроэнергию и расходуют ресурс.Electromechanical converters used for these purposes do not produce low-power. They typically feed entire laboratory facilities. They are launched at the beginning of the work shift, and they work until the end of the working day, regardless of whether consumers are connected or not. Due to lower efficiency, even at idle, they significantly consume electricity and consume resources.

Известно устройство регулирования напряжения любого вида, содержащее входной выпрямитель и блок управления, имеющий в своем составе микроконтроллер и аналого-цифровой преобразователь, (патент №2231901 «Способ регулирования напряжения любого вида и устройство для его осуществления» 2002г. патентообладатель общество с ограниченной ответственностью «Специальное конструкторское бюро "Локальные автоматизированные системы" и др.) Данное решение выбрано в качестве прототипа.A device for controlling voltage of any kind containing an input rectifier and a control unit comprising a microcontroller and an analog-to-digital converter is patented (patent No. 2231901 "A method for regulating voltage of any kind and a device for its implementation" 2002. patent holder limited liability company "Special Design Bureau "Local Automated Systems", etc.) This solution is selected as a prototype.

Известное устройство регулирования напряжения при увеличении напряжения осуществляет преобразование выпрямленного входного напряжения в высокочастотное с равномерной широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), трансформацией, синхронно с входным напряжением выпрямлением, суммированием с входным напряжением и фильтрацией на выходе, а уменьшение входного напряжения осуществляется путем его модуляции равномерной ШИМ с последующей фильтрацией на выходе.The known device for voltage regulation with increasing voltage converts the rectified input voltage into high-frequency with uniform pulse width modulation (PWM), transforms, synchronizes with the input voltage by rectifying, summing with the input voltage and filtering the output, and reducing the input voltage by modulating it uniformly PWM followed by filtering at the output.

Недостатком известного решения является невозможность задания требуемых значений амплитуды и частоты выходного сигнала удаленно, т.е. невозможность автоматизации процесса регулирования и корректировки значений амплитуды и частоты путем сравнивания заданных и считанных на выходе. Кроме того, перед разработчиками стояла задача создания прибора рассчитанного на самолетное оборудование и радиооборудование, для которых существуют жесткие ограничения по качеству вырабатываемой энергии.A disadvantage of the known solution is the impossibility of setting the required values of the amplitude and frequency of the output signal remotely, i.e. the inability to automate the process of regulation and adjustment of the amplitude and frequency by comparing the set and read at the output. In addition, the developers were faced with the task of creating a device designed for aircraft equipment and radio equipment, for which there are strict restrictions on the quality of the generated energy.

Задачей заявленного решения является расширение функциональных возможностей импульсного преобразователя напряжений, автоматизация процесса проверки оборудования и снижение эксплуатационных и временных затрат.The objective of the claimed solution is to expand the functionality of a pulse voltage converter, automate the process of checking equipment and reduce operating and time costs.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном импульсном преобразователе напряжения, содержащем входной выпрямитель и блок управления, имеющий в своем составе микроконтроллер и аналого-цифровой преобразователь, блок управления дополнительно содержит коммуникационный порт, а выход выпрямителя через устройство плавного пуска подключен к входу источника питающих напряжений, выход которого подключен к входу ключевого усилителя мощности, который своим выходом подключен к входу нормализатора, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, который в свою очередь имеет связь с микроконтроллером, который своими управляющими выходами подключен к входам управления ключевого усилителя мощности и источника питающих напряжений, а через двунаправленную связь посредством коммуникационного порта подключен к персональному компьютеру. Кроме этого, импульсный преобразователь напряжения на выходе ключевого усилителя мощности содержит цепь измерения тока и напряжения, состоящую из нормализатора, подключенного к аналого-цифровому преобразователю, передающему вычисленные значения на микроконтроллер и через коммуникационный порт на персональный компьютер, а также дополнительно содержит сервисный источник питания внутренних схем.The problem is solved due to the fact that in the known pulse voltage converter containing an input rectifier and a control unit comprising a microcontroller and an analog-to-digital converter, the control unit additionally contains a communication port, and the rectifier output is connected to the source input through a soft starter supply voltage, the output of which is connected to the input of the key power amplifier, which is connected by its output to the input of the normalizer, the output of which is connected to the input analog-to-digital converter, which in turn is in communication with the microcontroller that their control outputs connected to the power amplifier control key inputs and a source of supply voltage, and via a bidirectional communication by the communication port connected to a PC. In addition, the pulse voltage converter at the output of the key power amplifier contains a circuit for measuring current and voltage, consisting of a normalizer connected to an analog-to-digital converter that transfers the calculated values to the microcontroller and through the communication port to a personal computer, and also additionally contains a service internal power source circuits.

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого решения, выражается в том, что появляется возможность автоматизировать процесс проверки проверяемого оборудования на разных режимах, изменяя по командам с ПК частоту и значение питающего напряжение в широком диапазоне, а также настраивая параметры и условия защитного отключения. Это достигается благодаря тому, что в блоке управления предусмотрен коммуникационный порт и микроконтроллер, управляющий работой импульсного преобразователя напряжения, имеет систему команд для управления по этому интерфейсу, а на выходе ключевого усилителя мощности он содержит цепь измерения тока и напряжения, состоящую из нормализатора, подключенного к аналого-цифровому преобразователю, передающему вычисленные значения на микроконтроллер и через коммуникационный порт на персональный компьютер, в результате импульсный преобразователь напряжения измеряет параметры вырабатываемой электрической энергии - мгновенные значения вырабатываемого напряжения и тока, по измеренным параметрам определяет амплитуды и среднеквадратичные значения выходного напряжения и тока, значение частоты и пересылает их по цифровому интерфейсу для дальнейшей обработки или отображает на дисплее.The technical result that can be achieved using the proposed solution is expressed in the fact that it becomes possible to automate the process of checking the equipment under test in different modes, changing the frequency and value of the supply voltage in a wide range according to commands from a PC, as well as setting the parameters and conditions for protective shutdown . This is achieved due to the fact that the control unit has a communication port and a microcontroller that controls the operation of the pulse voltage converter, has a command system for controlling this interface, and at the output of the key power amplifier it contains a current and voltage measurement circuit consisting of a normalizer connected to an analog-to-digital converter, which transfers the calculated values to the microcontroller and through the communication port to a personal computer, resulting in a pulse conversion The voltage collector measures the parameters of the generated electric energy - the instantaneous values of the generated voltage and current, from the measured parameters determines the amplitudes and rms values of the output voltage and current, the frequency value and sends them via a digital interface for further processing or displays on the display.

Заявленная совокупность признаков не известна заявителю из доступных источников информации.The claimed combination of features is not known to the applicant from available sources of information.

На фиг. 1 изображена функциональная схема импульсного преобразователя напряжения.In FIG. 1 shows a functional diagram of a pulse voltage converter.

Импульсный преобразователь напряжения содержит автомат защиты 1, предназначенный для защитного отключения входного напряжения при перегрузке; входной фильтр 2, который предотвращает попадание в первичную сеть 220 В 50 Гц импульсной помехи; выпрямитель 3; устройство плавного пуска 4; источник питающих напряжений (ИПН) 5, который преобразует переменное напряжение 220 В 50 Гц в постоянное двухполярное напряжение ±210 В для последующего преобразования; ключевой усилитель мощности (КУМ) 6, служащий для преобразования двухполярного напряжения ±210 В в сигнал с широтно-импульсной модуляцией и последующей фильтрации для получения на выходе напряжения 115 В 400 Гц; сервисный источник питания 7 внутренних схем постоянным напряжением 24 В; нормализатор 10, который стоит в цепи обратной связи и служит для предварительного преобразования параметров выходных цепей, характеризующих выходное напряжение и ток; персональный компьютер 11 и модуль управления 13, который состоит из:The pulse voltage Converter contains a circuit breaker 1, designed for protective shutdown of the input voltage during overload; input filter 2, which prevents the entry into the primary network of 220 V 50 Hz impulse noise; rectifier 3; soft starter 4; a supply voltage source (IPN) 5, which converts an alternating voltage of 220 V 50 Hz into a constant bipolar voltage of ± 210 V for subsequent conversion; key power amplifier (KUM) 6, which serves to convert bipolar voltage ± 210 V into a signal with pulse-width modulation and subsequent filtering to obtain an output voltage of 115 V 400 Hz; service power supply 7 internal circuits with a constant voltage of 24 V; the normalizer 10, which is in the feedback circuit and serves to pre-convert the parameters of the output circuits characterizing the output voltage and current; a personal computer 11 and a control module 13, which consists of:

а) микроконтроллера 14;a) microcontroller 14;

б) аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 9 для измерения параметров выходных цепей, характеризующих выходное напряжение и ток;b) analog-to-digital Converter (ADC) 9 for measuring the parameters of the output circuits characterizing the output voltage and current;

в) задающего генератора 8, который задаёт закон модуляции для КУМ, изменяя по команде микроконтроллера частоту и уровень генерируемого синусоидального напряжения;c) the master oscillator 8, which sets the modulation law for the CMC, changing at the command of the microcontroller the frequency and level of the generated sinusoidal voltage;

г) коммутационного порт порта 12, для обмена данными с персональным компьютером.d) switching port of port 12, for data exchange with a personal computer.

Напряжение поступает на входной фильтр 2, который снижает уровень кондуктивных радиопомех, генерируемых устройством в точке его подключения к питающей сети 220 В/50 Гц. Напряжение после входного фильтра 2 поступает на сервисный источник питания 7, преобразующий напряжение 220 В/50 Гц в напряжение постоянного тока 24 В, используемое далее другими узлами устройства для питания. Одновременно напряжение сети после фильтра 2 поступает на выпрямитель 3, где оно преобразуется в постоянное напряжение +310 В, и далее на устройство плавного пуска 4, ограничивающего пусковые токи устройства, а с него на источник питающих напряжений (ИПН) 5, преобразующий выпрямленное напряжение +310 В в постоянное двухполярное напряжение ±210 В, которое поступает на вход ключевого усилителя мощности (КУМ) 6, служащего для преобразования двухполярного напряжения ±210В в сигнал с широтно-импульсной модуляцией с последующей фильтрацией для получения на выходе напряжения 115 В/400 Гц синусоидальной формы. Амплитуда и частота напряжения на выходе КУМ 6 определяется модулирующим сигналом, поступающим с генератора 8 модуля управления 13. Амплитуда и частота моделирующего сигнала задается через коммуникационный порт 12 при помощи специальных команд от персонального компьютера (ПК) 11, которые затем декодируются микроконтроллером 14 и преобразуются в сигналы управления генератором 8.The voltage is supplied to the input filter 2, which reduces the level of conductive radio interference generated by the device at the point of its connection to the supply network 220 V / 50 Hz. The voltage after the input filter 2 is supplied to the service power supply 7, which converts the voltage 220 V / 50 Hz into a DC voltage of 24 V, which is further used by other nodes of the device for power. At the same time, the mains voltage after filter 2 is supplied to rectifier 3, where it is converted to a constant voltage of +310 V, and then to soft starter 4, which limits the starting currents of the device, and from it to a supply voltage source (IPN) 5, which converts the rectified voltage + 310 V into a constant bipolar voltage of ± 210 V, which is supplied to the input of a key power amplifier (CMC) 6, which serves to convert a bipolar voltage of ± 210 V into a pulse-width modulated signal with subsequent filtering to obtain I output a voltage of 115 V / 400 Hz in a sinusoidal shape. The amplitude and frequency of the voltage at the output of the KUM 6 is determined by the modulating signal coming from the generator 8 of the control module 13. The amplitude and frequency of the modeling signal is set via the communication port 12 using special commands from a personal computer (PC) 11, which are then decoded by the microcontroller 14 and converted into generator control signals 8.

Для возможностей измерения выходного напряжения и тока (с выхода КУМ 6) модулем управления 13, в цепи обратной связи установлен нормализатор 10, сигналы с которого поступают на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 9. Далее коды значений тока и напряжения поступают в микроконтроллер 14, который передает их в ПК 11 через коммуникационный порт 12 при помощи специальных команд.For the possibilities of measuring the output voltage and current (from the output of the KUM 6) by the control module 13, a normalizer 10 is installed in the feedback circuit, the signals from which are fed to the input of an analog-to-digital converter (ADC) 9. Next, the codes of the current and voltage values are supplied to the microcontroller 14 , which transmits them to the PC 11 through the communication port 12 using special commands.

Импульсный преобразователь напряжения получает информацию о требуемых параметрах выходного напряжения либо по каналу цифровой связи через коммуникационный порт, либо с клавиатуры расположенной на лицевой панели. Полученная информация о заданных параметрах отображается на дисплее, расположенном на лицевой панели. В соответствии с полученной информацией импульсный преобразователь напряжения вырабатывает электрическую энергию. Импульсный преобразователь напряжения измеряет параметры вырабатываемой электрической энергии: мгновенные значения вырабатываемого напряжения и тока. По измеренным параметрам определяет амплитуды и среднеквадратичные значения выходного напряжения и тока, значение частоты. Измеренные выходные параметры пересылаются по цифровому интерфейсу для дальнейшей обработки или отображаются на дисплее. Импульсный преобразователь напряжения имеет возможность оперативного включения и отключения с помощью выключателя расположенного на лицевой панели устройства, а также имеет защиту по выходу от превышения током заданного значения, как мгновенного, так и среднеквадратичного, путем блокировки работы и снятия выходного напряжения. Пороги срабатывания защиты устанавливаются в зависимости от полученной информации, но не более максимально допустимых значений соответствующих параметров.The pulse voltage converter receives information about the required parameters of the output voltage either through a digital communication channel through a communication port, or from a keyboard located on the front panel. The received information about the set parameters is displayed on the display located on the front panel. In accordance with the information received, a pulse voltage converter generates electrical energy. The pulse voltage converter measures the parameters of the generated electric energy: instantaneous values of the generated voltage and current. According to the measured parameters, it determines the amplitudes and rms values of the output voltage and current, the frequency value. The measured output parameters are sent via the digital interface for further processing or displayed on the display. The pulse voltage converter has the ability to quickly turn on and off with the switch located on the front panel of the device, and also has protection for the output from exceeding the current value of the set value, both instantaneous and rms, by blocking the operation and removing the output voltage. The protection thresholds are set depending on the information received, but not more than the maximum permissible values of the corresponding parameters.

Импульсный преобразователь напряжения может быть выполнен в двух модификациях: однофазная - предназначена для питания и оборудования, в том числе авиационного приборного, переменным однофазным напряжением 115 В частотой 400 Гц; трехфазная - предназначена для питания оборудования, в том числе авиационного приборного, переменным однофазным напряжением 115 В частотой 400 Гц и/или трехфазным переменным напряжением 115/200 В частотой 400 Гц;The pulse voltage converter can be made in two versions: single-phase - designed for power and equipment, including aircraft instrumentation, with a variable single-phase voltage of 115 V at a frequency of 400 Hz; three-phase - designed to power equipment, including aircraft instrumentation, with a single-phase alternating voltage of 115 V at a frequency of 400 Hz and / or three-phase alternating voltage of 115/200 V at a frequency of 400 Hz;

В результате реализации заявленного решения появляется возможность питать проверяемое авиационное и другое оборудование переменным однофазным напряжением 115 В частотой 400 Гц и/или трехфазным переменным напряжением 115/200 В частотой 400 Гц, а также автоматизировать процесс проверки проверяемого оборудования на разных режимах, изменяя по командам с ПК частоту и значение питающего напряжение в широком диапазоне, а также настраивая параметры и условия защитного отключения, что позволяет значительно сократить эксплуатационные затраты и время проверки объектов.As a result of the implementation of the claimed solution, it becomes possible to power the tested aviation and other equipment with alternating single-phase voltage of 115 V at a frequency of 400 Hz and / or three-phase alternating voltage of 115/200 V at a frequency of 400 Hz, as well as automating the process of checking the tested equipment at different modes, changing by commands with PC frequency and value of the supply voltage in a wide range, as well as setting the parameters and conditions for protective shutdown, which can significantly reduce operating costs and time scan objects.

Заявленный импульсный преобразователь напряжения имеет небольшие габариты и соответствует ГОСТам и производственным нормативам на самолетное и вертолетное оборудование по качеству вырабатываемой электроэнергии, так, например, нестабильность частоты выходного напряжения составляет не более 1%.The claimed pulse voltage converter is small in size and complies with GOSTs and production standards for aircraft and helicopter equipment for the quality of electricity generated, for example, the instability of the frequency of the output voltage is not more than 1%.

Claims

1. A pulse voltage converter containing an input rectifier and a control unit, comprising a microcontroller and an analog-to-digital converter, characterized in that the control unit further comprises a communication port, and the output of the rectifier through a soft starter is connected to the input of the supply voltage source, the output which is connected to the input of the key power amplifier, which by its output is connected to the input of the normalizer, the output of which is connected to the input of the analog-to-digital converter Which, in turn, is in communication with the microcontroller that their control outputs connected to the power amplifier control key inputs and a source of supply voltage, and via a bidirectional communication by the communication port connected to a PC.

2. The pulse voltage converter according to claim 1, characterized in that at the output of the key power amplifier it contains a current and voltage measuring circuit consisting of a normalizer connected to an analog-to-digital converter that transfers the calculated values to the microcontroller and through the communication port to a personal computer .

3. The pulse voltage Converter according to claim 1, characterized in that it further comprises a service power supply of internal circuits.