Варианты вторичных преобразователей питания для стационарных си кпкэ [16]

Под стационарными СИ ПКЭ будем понимать измерители, предназначенные для проведения мониторинга или продолжительного аудита электрических сетей. В обоих случаях измерители устанавливаются вблизи точек контроля на продолжительное время (1…3 и более месяцев). Батареи в этом случае могут быть достаточно громоздкими и не могут быть встроены в корпус измерителей.

Питание для таких измерителей осуществляется от источников бесперебойного питания (ИБП), отдельных средств питания, располагаемых рядом или на расстоянии. Во втором случае питание от источника постоянного тока подаётся по линиям удалённых интерфейсов типа RS485/422, CAN, Ethernet.

В ряде случаев первичное питание создаются в измерителе от источника контролируемого напряжения. Этот вариант мы не рассматриваем.

Типовая структурная схема стационарных СИ КПКЭ содержит до пяти гальванических зон питания (см. рисунок ниже). Внутри каждой зоны действует своё напряжение (или несколько напряжений) которые не имеют гальванической связи – говорят, что зоны разделены гальваническими барьерами так, что общий провод в каждой зоне свой.

Таким образом, при проектировании подсистемы питания для СИ ПКЭ необходимо формировать несколько групп питания – по одной на каждую зону.

На рисунке показана типовая структура подсистемы питания, которая обоснованно имеет четыре гальванические зоны:

• первая зона это зона первичного (входного) питания;

• вторая зона – зона питания основных схем измерителя

• третья зона – зона входных цепей и АЦП

• четвёртая зона – зона интерфейсного адаптера

Структура с первичным источником постоянного тока.

На рисунке ниже представлена структура питания от первичного источника с нестабильным выходным напряжением (U1.1).

Читаем схему в соответствии с условными обозначениями.

Входной преобразователь (G1) понижающего вида, имеет гальванический барьер между входным напряжением и преобразованным U1.2. Свойства входного преобразователя: -преобразователь имеет стабилизирующие функции (знак ++) и допускает подачу напряжения в широком диапазоне (знак D2:1), например, (36…72) В; -выход имеет защиту от короткого замыкания (знак х на выходе). На выходе G1 установлен LDO-преобразователь (G3) для уменьшения шумовых составляющих U1.2.

Второй нагрузкой для U1.2 является преобразователь G2. Он предназначен для питания внешнего интерфейсного драйвера. Преобразователь имеет гальванический барьер и выход его нестабилизирован.

Структура с первичным источником переменного тока.

В ряде эксплуатационных ситуациях удаётся питать СИ КПКЭ от специальной резервированной сети питания постоянного или переменного тока с высоким, как правило, напряжением. Структурная схема подсистемы питания в этом случае может иметь в качестве входного преобразователя питания преобразователь переменного тока в постоянный.

На рисунке представлена структура питания от резервированной сети питания. На входе преобразователя установлен выпрямитель, затем напряжение подаётся на вход понижающего преобразователя с гальваническим барьером.

Следует иметь в виду, что эта же схема позволяет в ряде случаев осуществлять питание от измеряемого фазного напряжения. Для этого диапазон входных напряжений преобразователя должен быть достаточно широк, чтобы питание измерителей не прерывалось, пока напряжение на входе имеет актуальное состояние (интересное для исследования)

Типовые характеристики изолирующих преобразователей питания вида DC/DC.

Типовые характеристики изолирующих преобразователей питания вида АС/DC

Типовые характеристики изолирующих нестабилизированных преобразователей питания DC/DC.

Использованная литература:

1. Нафиков М.А., Артёмова В.Е., Макарычев П.К. Поиск форм и выбор средств отображения для измерителей ПКЭ // Энергосбережение – теория и практика: Тр. Третьей Всерос. школы-сем. мол. ученых и спец. М: Издательский дом МЭИ, 2006. С. 274-278

2. Межгосударственный стандарт ГОСТ СНГ 13109-97. «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения», Минск, Издание официальное, 31 с.

3. Вакулко А.Г., Кончаловского И.П. , Макарычева П.К. Средства измерений показателей качества электроэнергии. Часть 2. современные решения // Энергосбережение – теория и практика: Тр. Третьей Всерос. школы-сем. мол. ученых и спец. М: Издательский дом МЭИ, 2006.

4. Шведова Е.Е. Обзор и выбор микросхем энергонезависимой памяти для современных Средств измерений показателей качества Электрической энергии // Энергосбережение – теория и практика: Тр. V Всерос. школы-сем. мол. ученых и спец. М: Издательство МЭИ, 2010. С. 275-277

5. Шатохин А.А., Макарычев П.К. Регистратор напряжений 3-х фазных сетей переменного тока. Новости электроники, №6, 2010г.

6. Кляндин О.Ю. Подсистема питания для мобильных средств измерений показателей качества электрической энергии // Энергосбережение – теория и практика: Тр. V Всерос. школы-сем. мол. ученых и спец. М: Издательство МЭИ, 2010. С. 231-238

7. www.gpbattery.ru

8. www.varta.de

9. www.eemb.com

10. Дуглас Чеффи. Аккумуляторное питание портативных устройств. Электронные компоненты. №1.2009

11. www.ixbt.com/mobile/battery-charge.html. Аккумуляторы для мобильных устройств. Статья Д.Васильева.

12. www.analog.com

13. www.ti.com

14. www.linear.com

15. www.microchip.com

16. Карпов А.С., Пактовский В.О. Подсистема питания стационарных средств измерений показателей качества электрической энергии // Энергосбережение – теория и практика: Тр. V Всерос. школы-сем. мол. ученых и спец. М: Издательство МЭИ, 2010. С. 226-230

Вопросы к лекции:

к разделу 8.1:

1. Какие способы представление данных/информации вы знаете?

2. Какие формы представление данных/информации вы знаете?

3. Что такое «аналитические формы отображения» информации?

4. Почему следует избегать усложнённых вариантов взаимодействия оператора с прибором?

5. Что вы знаете о светоизлучающих диодах (СИД)?

6. Что такое RGB-диоды?

7. Как сильно меняется интенсивность излучения СИД с уменьшением прямого тока?

8. Чем интересен СИД в корпусе «пиранья»?

9. Что такое светодиодная матрица?

10. Достоинства и недостатки ЖКИ?

11. Преимущества OLED-дисплеев?

к разделу 8.2:

1. Почему актуально снабжать СИ КПКЭ устройствами регистрации?

2. Какие актуальные виды носителей регистрируемых данных вы знаете?

3. Что такое EEPROM и чем она отличается от Flash?

4. Что такое «карта памяти» и какие они бывают?

5. Назовите виды сокетов для подключения карт памяти.

к разделу 8.3:

1. Нарисуйте типовую структурную схему интерфейсного адаптера?

2. Какие виды устройств трансляции вы знаете?

3. Сколько проводов должен содержать кабель USB-интерфейса? Каково их назначение?

4. Что такое «многоточечный» интерфейс?

5. Предельная дальность действия USB-интерфейса?

6. Максимальная скорость обмена данными по USB3.0?

к разделу 8.4:

1. Дайте классификацию источников первичного питания?

2. Назовите важный недостаток электрохимических источников питания (ЭИЭ)?

3. Конструктивные варианты ЭИЭ?

4. Типовые значения номинальных напряжений ЭИЭ?

5. Назовите преимущества литиевых ЭИЭ?

6. Что такое «понижающе-повышающие» преобразователи напряжений?

7. Что такое «LDO-преобразователь»?

8. Что такое «гальваническая зона питания»?