RU230027U1 - Стенд для тестирования силового модуля - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области устройств для электрических испытаний, в частности, к устройствам для испытаний источника электрической энергии.

Технический результат, достигаемый заявленным решением, заключается в повышении точности оценки работоспособности силового модуля.

Указанный технический результат достигается благодаря тому, что разработан стенд для тестирования силового модуля, содержащий корпус, в котором установлены функционально связанные друг с другом проводными линиями связи

блок управления, выполненный с возможностью подачи управляющих сигналов и приема отклика от силового модуля,

измерительный прибор, выполненный с возможностью измерения напряжения и тока с выхода силового модуля и передачи измеренных значений блоку управления,

коммутатор, выполненный с возможностью подключения силового модуля к нагрузке по команде блока управления,

нагрузка, выполненная с возможностью приема тока от силового модуля через коммутатор и управления величиной сопротивления,

характеризующийся тем, что

блок управления выполнен с возможностью проверки наличия платы управления в силовом модуле, проверки питания силового модуля, проверки наличия сигнала синхронизации на выходе силового модуля, проверки сигнала ШИМ, проверки работы вентилятора, проверки порога включения модуля по ШИМ, проверки характеристик силового модуля на малых токах, проверки максимального тока, проверки датчика тока, проверки характеристик силового модуля на средних токах, проверки отключения модуля, проверки неисправности модуля, проверки уровня шума на малых токах, проверки уровня шума на больших токах, проверки уровня шума на низкой частоте, проверки динамики на нагрузке, проверки на короткое замыкание, проверки на перегрев силового модуля.

Description

Полезная модель относится к области устройств для электрических испытаний, в частности, к устройствам для испытаний источника электрической энергии.

Уровень техники

Известно решение (US8589110B2, 2013-11-19), в котором раскрывается экономически эффективная системная архитектура и аппаратура для программируемого автоматического тестирования источников питания. Система использует интерфейс уровня платы между различными модулями тестирования системы и автоматическим контроллером тестирования (АКТ). АКТ получает закодированные запросы на тестирование от программного обеспечения на промышленном ПК и управляет различными модулями тестирования внутри АКТ для выполнения тестов. Результаты тестирования отправляются обратно на ПК и сохраняются в файле результатов. Один промышленный ПК может управлять двумя или более АКТ и тестировать два или более блоков питания одновременно. Тестовая система на основе АКТ имеет более низкую стоимость, чем обычное автоматическое испытательное оборудование, которое использует интерфейс на уровне устройства и стандартизированные тестовые устройства.

Однако в данном решении не раскрывается всех заявляемых возможностей тестирования, в частности не контролируется температура тестируемого оборудования.

Известно выбранное в качестве прототипа решение (CN116660657A, 2023-08-29), в котором раскрывается устройство для тестирования силового блока модульного преобразователя, которое осуществляет моделирование среды тестирования испытуемого силового блока в цифровом симуляторе реального времени, подачу реального напряжения и тока для испытуемого силового блока через усилитель мощности, сбор сигналов с портов испытуемого силового блока и отправку сигналов портов обратно в симулятор, чтобы реализовать взаимосвязь цепей. Цифровой симулятор собирает информацию о состоянии испытуемого силового модуля и управляет испытуемым силовым модулем. Изобретение может гибко моделировать формы напряжения и тока силового блока в различных сложных рабочих условиях без проектирования дополнительных аппаратных схем и алгоритмов управления, полностью тестировать производительность силового блока и быть применимым к различным модульным преобразователям. Изобретение может значительно сократить период тестирования модульного преобразователя и ускорить скорость исследований и разработки оборудования.

Однако в данном решении не раскрывается всех заявляемых возможностей тестирования, в частности не измеряются параметры шума тестируемого оборудования.

Раскрытие заявленного решения

В одном аспекте предложенного решения раскрыт стенд для тестирования силового модуля, содержащий корпус, в котором установлены функционально связанные друг с другом проводными линиями связи

блок управления, выполненный с возможностью подачи управляющих сигналов и приема отклика от силового модуля,

измерительный прибор, выполненный с возможностью измерения напряжения и тока с выхода силового модуля и передачи измеренных значений блоку управления,

коммутатор, выполненный с возможностью подключения силового модуля к нагрузке по команде блока управления,

нагрузка, выполненная с возможностью приема тока от силового модуля через коммутатор и управления величиной сопротивления,

характеризующийся тем, что

блок управления выполнен с возможностью проверки наличия платы управления в силовом модуле, проверки питания силового модуля, проверки наличия сигнала синхронизации на выходе силового модуля, проверки сигнала ШИМ, проверки работы вентилятора, проверки порога включения модуля по ШИМ, проверки характеристик силового модуля на малых токах, проверки максимального тока, проверки датчика тока, проверки характеристик силового модуля на средних токах, проверки отключения модуля, проверки неисправности модуля, проверки уровня шума на малых токах, проверки уровня шума на больших токах, проверки уровня шума на низкой частоте, проверки динамики на нагрузке, проверки на короткое замыкание, проверки на перегрев силового модуля.

В дополнительных аспектах раскрыто, что блок управления выполнен с возможностью последовательного запуска всех тестов и выдачи заключения о работоспособности тестируемого силового модуля в случае прохождения всех тестов.

Основной задачей, решаемой заявленным решением, является автоматическая проверка тестируемого силового модуля и определение возможности его использования для заданного применения, в частности, для сварки.

Сущность заявленного решения заключается в том, что в стенд для тестирования силового модуля помещается силовой модуль, он подвергается различным тестам и на основании этих тестов принимается решение о работоспособности этого силового модуля. Каждый тест проверяет свой аспект работы модуля, что позволяет сделать более точный вывод о его работе.

Технический результат, достигаемый заявленным решением, заключается в повышении точности оценки работоспособности силового модуля.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 показывает схему подключения силового модуля к стенду.

Фиг.2 показывает элементы управления стендом.

Фиг.3 показывает структурную схему силового модуля.

Осуществление заявленного решения

Предложенное решение представляет собой конструктивно и функционально единое устройство. Все элементы устройства расположены в одном корпусе и связаны друг с другом непосредственно или опосредовано посредством функциональной связи. Единственной функцией заявленного устройства является тестирование силового модуля.

Под функциональной связью элементов следует понимать связь, обеспечивающую корректное взаимодействие этих элементов друг с другом и реализацию той или иной функциональности элементов. Частными примерами функциональной связи может быть связь с возможностью обмена информацией, связь с возможностью передачи электрического тока, связь с возможностью передачи механического движения, связь с возможностью передачи света, звука, электромагнитных или механических колебаний и т.д. Конкретный вид функциональной связи определяется характером взаимодействия упомянутых элементов, и, если не указано иное, обеспечивается широко известными средствами, используя широко известные в технике принципы.

Предложенное решение относится к решениям в области информационных технологий, оно характеризуется наличием программируемого (настраиваемого) многофункционального средства, способного выполнять множественные вычислительно-логические операции на основе заданной программы и информации (в данном решении это по меньшей мере микроконтроллер, контроллер, микропроцессор, процессор или специализированная интегральная схема или их комбинация);

наличием устройств ввода (в данном решении это по меньшей мере блоки приема сигналов, датчики или их комбинация), вывода (в данном решении это по меньшей мере дисплей, динамик и т.д.), хранения информации (машиночитаемые носители), исполнительных механизмов (в данном решении это по меньшей мере реле, приводы);

наличием вычислительно-логических операций, выполняемых над информацией программируемым (настраиваемым) многофункциональным средством (заявленные функции стенда осуществляются посредством выполнения вычислительно-логических операций (программных кодов));

наличием машиночитаемого носителя информации, содержащего программное обеспечение, которое обеспечивает выполнение программируемым (настраиваемым) многофункциональным средством определенных вычислительно-логических операций (в заявленном решении машиночитаемый носитель представляет собой по меньшей мере одно из следующего: жесткий диск, флэш-память, постоянную память, оперативную память, энергонезависимую память, энергозависимую память или их комбинацию, причем этот носитель хранит команды, которые при исполнении программируемым средством приводят к реализации описанных в заявке функций);

наличием машиночитаемого носителя информации, содержащего данные, форма представления которых (структура или формат) или содержание которых обеспечивает управление работой программируемого (настраиваемого) многофункционального средства, обрабатывающего информацию (в заявленном решении машиночитаемый носитель хранит по меньшей мере часть из следующего: данные о последовательности тестов, видах тестов, допустимых параметрах).

На фиг.1 показаны следующие элементы заявленного стенда, которые установлены в общий корпус:

блок управления, выполненный с возможностью задавать режимы работы стенда и силового модуля, получать и анализировать данные о работе силового модуля,

измерительный прибор, выполненный с возможностью измерять напряжение на выходе силового модуля,

коммутатор, выполненный с возможностью подключения силового модуля к нагрузке,

нагрузка, выполненная с возможностью потреблять требуемый ток от силового модуля.

На фиг.1 также показан силовой модуль (обозначен СМ300), вход управления которого подключен к блоку управления, вход подачи питания подключен к электрической сети, выход подключен к коммутатору и измерительному прибору. Силовой модуль представляет собой источник тока, раскрытый в патенте RU2812960. Особенностью этого модуля является то, что он адаптирован для работы совместно с другими силовыми модулями, что требует от них наличия дополнительных функций, связанных с согласованной работой. В ходе тестирования проверяется не только работа отдельного силового модуля, но и его корректная работа при соединении с другими модулями (наличие сигнала синхронизации).

Блок управления функционально соединен с измерительным прибором, силовым модулем и коммутатором посредством проводных линий связи. Блок управления принимает и/или передает сигналы на вышеупомянутые элементы, чтобы обеспечить правильную работу стенда, в частности, задавать режимы тестирования и получать данные от силового модуля в каждом режиме. На основании данных, полученных от силового модуля, блок управления анализирует его работу и принимает решение о соответствии силового модуля всем заранее установленным показателям и требованиям.

Блок управления представляет собой микроконтроллер, контроллер, микропроцессор, процессор или специализированную интегральную схему. Он обменивается данными с блоком памяти (не показан на фигурах) для выполнения программных кодов, записанных в блоке памяти и получения предустановленных допустимых значений (рабочей температуры, временных констант, уровня шума и т.п.).

Блок памяти представляет собой по меньшей мере одно из следующего: жесткий диск, флэш-память, постоянную память, оперативную память, энергонезависимую память, энергозависимую память или их комбинацию. Блок памяти хранит машиночитаемые инструкции, которые при выполнении блоком управления предписывают ему выполнять действия (принимать, обрабатывать, передавать сигналы), которые обеспечивают правильную работу стенда, в частности, инструкции для проведения того или иного теста.

Измерительный прибор представляет собой цифровой мультиметр, мультиметр выполненный с возможностью измерения тока и напряжения на выходе силового модуля.

Коммутатор представляет собой схему с силовыми ключами, служащую для подключения силового модуля к нагрузке и подключения заданной нагрузки.

Нагрузка представляет собой представляет собой балластный реостат.

На фиг.2 показаны элементы управления стенда:

1- Экран блока управления,

2- Включатель питания,

3- Вход для кабеля управления к силовому модулю,

4- Выход для кабеля приема данных от силового модуля. Модули могут быть соединены последовательно по управлению, поэтому необходимо проверять цепь передачи данных от одного модуля у другому, а также получать обратную связь от модуля, что он получил корректный сигнал управления.

5- Вход для подключения к сети,

6- Клемма минус для подключения измерительного прибора,

7- Клемма плюс для подключения измерительного прибора,

8- Энкодер с кнопкой для запуска всех тестов подряд,

9- Энкодер с кнопкой запуска одного очередного теста, выбор теста осуществляется вращением энкодера, а запуск – нажатием на кнопку,

10- Энкодер с кнопкой для запуска текущего теста

На задней панели стенда расположены разъемы для подключения силового модуля к коммутатору.

Силовой модуль представляет собой устройство, содержащее по меньшей мере плату управления, источник питания электронных блоков, схему драйверов, схему ШИМ, входные мосты, схему транзисторную, схему диодную (см. фиг.3). Конструкция силового модуля может дополняться другими элементами или модифицироваться в рамках сущности заявленного решения.

Один из основных тестов, которым подвергается силовой модуль является тест на возможность совместной работы с другими аналогичными силовыми модулями, что достигается за счет проверки возможности обеспечения синхронизации.

Описание тестов силового модуля

Ниже приведены все тесты, которые проходит силовой модуль. Предпочтительно тесты проводятся в автоматическом режиме от первого до последнего, если не возникло ситуации, при которой продолжать тесты невозможно. Однако можно вручную выбирать и проводить тесты по одному.

1. Наличие платы управления силового модуля. Производится опрос платы диагностики. Получение сигнала от платы диагностики служит признаком наличия платы управления и наличия подключения платы диагностики к плате управления.

2. Проверка питания системы управления силового модуля. Производится измерение напряжения питания платы управления силового модуля без работы вентилятора и с работой вентилятора на полную мощность. Тест пройден, если напряжение питания платы управления во всех режимах работы вентилятора не менее 23,58В, т.к. вентилятор является основным потребителем энергии от блока питания системы управления силового модуля.

3. Наличие сигнала синхронизации. Проверяется наличие ответного сигнала от платы управления о наличии сигнала синхронизации, корректность передачи сигнала от платы управления модуля следующему модулю и выключение сигнала синхронизации. Сигнал синхронизации критически важен при работе множества силовых модулей вместе, без синхронизации силовых модулей появляются эффекты дифракции, проявляющиеся в колебаниях тока в сварочной цепи, что недопустимо в сварке, где необходимо точное управление током.

Возможны следующие результаты тестирования, при которых тест не пройден:

сигнал синхронизации доходит до модуля, но не передается дальше,

сигнал синхронизации есть на линии, но не детектируется модулем,

сигнал синхронизации отсутствует на линии.

4. Наличие сигнала ШИМ. Проверяется равенство отправленного сигнала ШИМ модулю и сигнал передачи значения ШИМ следующему модулю и выключение сигнала ШИМ. Тест считается пройденным, если сигналы ШИМ равны.

5. Работа вентилятора. Проверяется работа вентилятора на 50% процентов нагрузки и на полную мощность. Критерий исправности определяется по току потребления вентилятором.

6. Определение порога включения модуля по ШИМ. В силовой модуль подаются сигналы ШИМ от до 2.8% до 4.8% с интервалом 0.2% и для каждого сигнала ШИМ измеряется ток нагрузки. Сигнал ШИМ, при котором в сварочной цепи регистрируется появление тока более 1А принимается порогом включения модуля.

7. Характеристика на малых токах. В силовой модуль подаются сигналы ШИМ от до 2.4% до 9.6% с интервалом 0.4% и для каждого сигнала ШИМ измеряется ток нагрузки. Возможны варианты:

ток появляется при низких значениях ШИМ,

слишком низкий ток при максимальном значении ШИМ в тесте,

неправильное значение отклика модуля (нелинейная зависимость). В перечисленных случаях тест считается не пройденным.

8. Проверка максимального тока. В силовой модуль подаются сигналы ШИМ 60% и 100% и для каждого сигнала ШИМ измеряется ток нагрузки. Для 60% - допустимый интервал 105 – 122А, а для 100% не менее 190А и не более 206А.

9. Проверка датчика тока. Проверка датчика тока производится при отсутствии сигнала ШИМ и фиксированном значении сигнала ШИМ (33%). В первом варианте ток, полученный от датчика должен быть равным нулю, а во втором варианте возможна регистрация : «Датчик тока выдает завышенный результат» или «Датчик тока выдает слишком низкое значение». При этом тест считается не пройденным.

10. Характеристика на средних токах. В силовой модуль подаются сигналы ШИМ от до 3.8% до 20.9% с интервалом 0.9% и для каждого сигнала ШИМ измеряется ток нагрузки. Показателем корректности работы СМ при средних значениях ШИМ служит отношение среднего тока к знанию среднего ШИМ. Если зарегистрированное отношение не лежит в диапазоне 1.81-2.50, то тест не проходит.

11. Сигнал отключения модуля. В силовой модуль подаётся ШИМ сигнал 20%, измеряется ток и затем подаётся сигнал отключения модуля и снова измеряется сила тока.

12. Сигнал неисправности модуля. Измеряется температура радиатора модуля в выключенном состоянии. Далее в силовой модуль подаётся ШИМ сигнал 20% и наблюдается увеличение температуры модуля.

13. Уровень шума на малых токах. Уровень шума измеряется при токе 20А как при нагрузке, так и при коротком замыкании (КЗ). Показатель – среднее значение амплитуды тока нагрузки, которое рассчитывается на основе нескольких последовательных измерений.

14. Уровень шума на больших токах. Уровень шума измеряется при ШИМ 70 и 90% при нагрузке. Показатель - СКО амплитуды тока нагрузки, которое рассчитывается на основе нескольких последовательных измерений во время перехода от тока на одном значении ШИМ к другому.

15. Уровень шума на низкой частоте. Определяется по заданному набору переходов с низкого уровня ШИМ на высокий и обратно. Длительность работы модуля на каждом шаге превышает время перехода в несколько раз.

16. Динамика на нагрузке. Определяется по заданному набору переходов с низкого уровня ШИМ на высокий и обратно. Нагрузка при этом включена на половину сопротивления.

17. Динамика на КЗ. Определяется по заданному набору переходов с низкого уровня ШИМ на высокий и обратно. Нагрузка при этом включена на короткое замыкание.

18. Тест на перегрев модуля. В силовой модуль подаётся ток 175А и наблюдается увеличение температуры модуля в течении 10 минут.

Каждый тест имеет возможный результат: «Да» – тест пройден или «Нет» – тест не пройден. Положительный результат на экране блока управления отображается маркером зелёного цвета, а отрицательный – красным.

В случае, если тест не прошёл, то на экране появляется возможные причины и рекомендации по их устранению.

Описание работы заявленного решения

Для начала тестирования стендом силового модуля необходимо подключить:

информационные кабели (RJ-45) блока управления к плате управления силового модуля (вход 3, вход 4 на фиг.1),

силовые кабели силового модуля к коммутатору нагрузки (на задней панели),

силовой модуль к питающей сети,

кабель питания (220В) к блоку управления (вход 5 на фиг.1),

Измерительный прибор (измеряющий ток, напряжение) к выходу силового модуля и входу блока управления (вход 6, вход 7).

Включение блока управления стендом выполнятся посредством поворота включателя 2. Запуск автоматизированного тестирования модуля – запускается нажатием на энкодер 8. Выбор теста производится вращением энкодера 9. Нажатие на энкодер 9 в процессе выполнения тестирования вызовет остановку тестирования. Запуск одного выбранного теста осуществляется нажатием на энкодер 10.

В результате проведения вех этапов тестирования стенд выдает на экране 1 результат тестирования с выводом о возможности использования силового модуля или необходимости устранения недостатков.

Варианты осуществления не ограничиваются описанными здесь вариантами осуществления, специалисту в области техники на основе информации, изложенной в описании, и знаний уровня техники станут очевидны и другие варианты осуществления, не выходящие за пределы сущности и объема данного решения.

Элементы, упомянутые в единственном числе, не исключают множественности элементов, если отдельно не указано иное.

Способы, раскрытые здесь, содержат один или несколько этапов или действий для достижения описанного способа. Этапы и/или действия способа могут заменять друг друга, не выходя за пределы объема формулы полезной модели. Другими словами, если не определен конкретный порядок этапов или действий, порядок и/или использование конкретных этапов и/или действий может изменяться, не выходя за пределы объема формулы полезной модели.

В заявке не указано конкретное программное и аппаратное обеспечение для реализации элементов на чертежах, но специалисту в области техники должно быть понятно, что сущность полезной модели не ограничена конкретной программной или аппаратной реализацией, и поэтому для осуществления полезной модели могут быть использованы любые программные и аппаратные средства известные в уровне техники. Так аппаратные средства могут быть реализованы в одной или нескольких специализированных интегральных схемах, цифровых сигнальных процессорах, устройствах цифровой обработки сигналов, программируемых логических устройствах, программируемых пользователем вентильных матрицах, процессорах, контроллерах, микроконтроллерах, микропроцессорах, электронных устройствах, других электронных модулях, выполненных с возможностью осуществлять описанные в данном документе функции, компьютер либо комбинации вышеозначенного.

Несмотря на то, что примерные варианты осуществления были подробно описаны и показаны на сопроводительных чертежах, следует понимать, что такие варианты осуществления являются лишь иллюстративными и не предназначены ограничивать более широкую полезную модель, и что данное решение не должно ограничиваться конкретными показанными и описанными компоновками и конструкциями, поскольку различные другие модификации могут быть очевидны специалистам в соответствующей области.

Признаки, упомянутые в различных зависимых пунктах формулы, а также реализации, раскрытые в различных частях описания могут быть скомбинированы с достижением полезных эффектов, даже если возможность такого комбинирования не раскрыта явно.

Claims (8)

1. Стенд для тестирования силового модуля, содержащий корпус, в котором установлены функционально связанные друг с другом проводными линиями связи

блок управления, выполненный с возможностью подачи управляющих сигналов и приема отклика от силового модуля,

измерительный прибор, выполненный с возможностью измерения напряжения и тока с выхода силового модуля и передачи измеренных значений блоку управления,

коммутатор, выполненный с возможностью подключения силового модуля к нагрузке по команде блока управления,

нагрузка, выполненная с возможностью приема тока от силового модуля через коммутатор и управления величиной сопротивления,

характеризующийся тем, что

блок управления выполнен с возможностью проверки наличия платы управления в силовом модуле, проверки питания силового модуля, проверки наличия сигнала синхронизации на выходе силового модуля, проверки сигнала ШИМ, проверки работы вентилятора, проверки порога включения модуля по ШИМ, проверки характеристик силового модуля на малых токах, проверки максимального тока, проверки датчика тока, проверки характеристик силового модуля на средних токах, проверки отключения модуля, проверки неисправности модуля, проверки уровня шума на малых токах, проверки уровня шума на больших токах, проверки уровня шума на низкой частоте, проверки динамики на нагрузке, проверки на короткое замыкание, проверки на перегрев силового модуля.

2. Стенд по п.1, в котором блок управления выполнен с возможностью последовательного запуска всех тестов и выдачи заключения о работоспособности тестируемого силового модуля в случае прохождения всех тестов.