Устройство для контроля аварийного состояния напряжения питающей сети Советский патент 1986 года по МПК G06F11/16 

I. 12

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для использования как автономно, так и совместно с электронными вычислительными машинами и системами.

В электросети, от которой питаются электронные вьгчислительные машины (ЭВМ), могут происходить сложные динамические процессы, например, при включении мощных двигателей, вентиляторов и других реактивных нагрузок, могут возникать провалы напряжения различной длительности. Провалы напряжения питающей сети вы- ывают сбои в работе ЭВМ, при которых возможна потеря информации. Возникла необходимость иметь в составе вычислительной системы специальные устройства, контролирующие напряжения питающей электросети, которые обнаружат отклонения и выработают предупреждающий сигнал. Этот упреждающий сигнал поступает в центральные устройства ЭВМ и вызьшает программу аварийного завершения работы, которая обеспечивает фиксацию и сохранение промежуточной информации и позволяет в дальнейшем восстановить и продолжить вычислительный процесс.

Целью изобретения является расширение класса решаемых задач устройства.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 - функциональная схема блока задания цикла; на фиг.. 3 - функциональная схема блока управления циклом; на фиг. 4 - временная диаграмма работы устройства при номинальном входном контролируемом напряжении; на фиг, 5 - временная диаграмма работы устройства в интервале j при постоянной амплитуде входного напряжения и трех значениях частот (номинальном и граничных); на фиг. 6 - временная диаграмма работы блока управления циклом, второго счетчика и формирователя импульсов в интервале от О до t, при т рех значениях частот; на фиг. 7 - временная диаграмма работы устройства при кратковременных провалах входного контролируемого напряжения; на фиг, 8 - временная диаграмма работы блока компараторов устройства при измерении величины входного контролируемого напряжения,

Устройство (фиг , 1 ) содержит входной трансформатор I, двухполупе- риодный выпрямитель 2, задающий гене64702 .

ратор 3, блок 4 задания цикла, элемент И 5, блок 6 входных резистивных делителей, блок 7 эталонного напряжения, блок 8 управления циклом 8, блок 9 компараторов, дешифратор 10, первый счетчик II, регистр 12, второй счетчик 13, формирователь 14 импульсов, схему 15 сравнения и третий счетчик 16, вход 17 контролируемой

,Р промьштленной сети, выход 18 результата контроля провалов напряжения сети и выход 19 результата контроля по частоте устройства.

Блок 4 задания цикла (фиг, 2) со. держит однополупериодные выпрямители 20, элементы задержки (триггеры Шмидта) 21, формирователи 22 импульса, элемент ИЛИ 23.

Блок 8 управления циклом (фиг, 3)

2 содержит счетчик 24, дешифратор 25, триггер 26, элементы И 27 и 28,

Устройство работает следующим образом.

Контролируемое напряжение промыш25 ленной сети подается на вход 17 входного трансформатора 1. С выхода трансформатора 1 пониженное напряжение поступает на двухполупериодный выпрямитель 2 и далее в блок 6 резистивных делителей. С выхода резистивных делителей напряжения поступают.на первые входы блока 9 компараторов, на вторые входы которых подается эталонное напряжение с блока 7 эталонного напряжения. При напряжениях,

поступающих с блока 6 резистивных делителей, меньших эталонного, на всех выходах блока 9 присутствуют единичные сигналы, при напряжениях, поступающих с резистивных делителей, больших эталонного - на выходах блока 9 компараторов нулевые сигналы ,

Резистивные делители подобраны 45 таким образом, что при входном напряжении номинальном по амплитуде и частоте нулевые сигналы на выходах блока 9 вырабатываются в строго определенные моменть времени. 50 При пониженном входном напряжении переход из единичного состояния в нулевое на выходах блока 9 будет позже, чем в случае номинального входного напряжения, а при кратковре- 55 мённых провалах входного напряжения .переходы из единичного состояния в нулевое (и наоборот) могут быть в произвольный момент времени.

30

40

Таким образом, каждому мгновенно значению напряжения на входе устройства соответствует определенный код содержащий нулевые и единичные сигналы на выходе блока 9. Код с выхода блока 9 поступает на первый вход схемы 15 сравнения, втором вхо которой подан контрольный код с регистра 12, Результаты сравнения кодов вьщаются схемой 15 сравнения на выход 18 устройства.

Контрольный код вырабатывается счетчиками 11, 13 и 16, формирователем 14, дешифратором 10 по импульсам, поступающим от генератора 3. Управление работой этих блоков осуществляют блоки 4 и 8.

Контрольный код, поступающий с регистра 12, равен инверсному коду с выхода блока 9 при номинальном по амплитуде и частоте входном контролируемом напряжении. Изменение частоты при неизменной амплитуде контролируемого напряжения будет изменять моменты смены состояний выходов блока 9, т.е. будет меняться длительность интервалов К (фиг.5. Устройство учитьюает эти изменения с помощью поправки по частоте, вы- рабатьюаемой реверсивным счетчиком 16 синхронно с изменением частоты контролируемого напряжения. Поправка, выработанная счетчиком 16, переписывается в счетчик 11 в каждом временном интервале К и счет импульсов задающего генератора 3 в каждом временном интервале счетчик 11 начинает со значения, выработанного счетчиком 16 (фиг. 6). Таким образом эталонный код, вырабатываемый счетчиками 11 И;13, корректируется синхронно с изменением частоты контролируемого напряжения.

Блок 4 задания цикла определяет длительность полуволны контролируемого синусоидального напряжения и вьщает сигнал на выработку поправки по частоте этого напряжения. При установившейся частоте контролируемого напряжения цикл работы счетчиков 11 и 13 (заполнение их импульсами задающего генератора 3) совпадает с длительностью полуволны контролируемого синусоидального напряжения,

В блоке 4 однополупериодное напряжение, поступающее с выпрямителя 20 на триггер Шмидта 21, преобразуется в импульсы, равные по длитель10

15

0

5

0

5

0

5

ности половине периода контролируемого напряжения. По заднему фронту этих импульсов формирователь 22 вы- рабатьюает короткие импульсЕЛ (0,5 мкс), которые через элемент HJIIi 23 вьщаются на сброс счетчика 24 и триггера 26. Кроме того, эти импульсы поступают на вход счетчика 16 в качестве тактовых для выработки поправки по частоте контролируемого напряжения.

Блок 8 управления циклом управляет работой счетчиков II и 13. В блоке 8 после сброса счетчика 24 и триггера 26 начинается счет тактовых импульсов, поступающих с задающего генератора 3 через элемент И 27, и запрещается прохождение этих импульсов через элемент И 28 на вход счетчика 11 до взведения триггера 26. Дешифратор 25, дешифрируя состояние счетчика 24, выдает последовательно во времени, начиная с первого выхода через один такт задающего генератора 3, импульс на сброс счетчиков II и 13, ас второг о выхода через два такта задающего генератора 3 - импульс на взведение триггера 26. С прямого выхода триггера 26 вьщается разрешающий сигнал на элемент И 28 для прохождения тактовых импульсов задающего генератора 3 на вход счетчика 11, ас инверсного выхода - сигнал запрета прохождения тактовых импульсов через элемент И 27.

После сброса счетчика I1 с инверсного выхода его старшего разряда поступает сигнал на вход формирователя 14, с выхода которого вьщается короткий импульс (0,5 мкс) на элемент И 5. Этот импульс переписывает содержимое счетчика 16 в счетчик 11, внося, таким образом, коррекцию по частоте контролируемого напряжения. Последующие коррекции счетчика 1 1 проводятся до начала счета по нулевому значению кода счетчика 1I в течение всего цикла.

Содержимое счетчика 16 изменяется один раз в начале цикла в зависимости от с.остояния старшего разряда счетчика 13 в момент выработки им-, пульса формирователем 22. При наличии единицы в старшем разряде счетчика 13 (недозаполнение счетчиков II и 13) содержимое счетчика 16 увеличивается на единицу, а при наличии в старшем разряде счетчика 13

нуля (переполнение счетчиков 1 и 13) содержимое счетчика 16 уменьшается на единицу.

Таким образом, при увеличении частоты контролируемого напряжения (уменьшении периода) происходит не- дозаполнение счетчиков 11 и 13 и поэтому содержимое старшего разряда счетчика 13 будет равно единице, следовательно, содержимое счетчика 16 будет увеличиваться и, наоборот, при уменьшении частоты (увеличении периода) контролируемого напряжения содержимое счетчика 16 будет уменьшаться.

Таким образом, счетчик 16 определяет величину отклонения частоты контролируемого напряжения от номинальных значений и выдает ее на выход 19.

В качестве.примера конкретной работы устройства для контроля аварийного состояния напряжение сети, питающей вьтислитвльную машину, далее рассматривается устройство, контролирующее одну фазу промьгашенной сети 220/380 50 t 1 Гц.

В этом случае мы имеем два независимо изменяющихся параметра: текущее значение напряжения и частоту. Чтобы обеспечить независимость от частоты в точках сравнения напряжения, выбор этих точек сравнения осуществляется путем деления полуволны контролируемого напряжения на R равных временных интервалов (в нашем случае на 16). Нз формулы

и, V sin 2V ft,

при

N( j ; K)-N

1

2fk

где у - длительность полупериода

контролируемого напряжения; N - порядковый номер контролируемой точки.

2lTft. У„ sin(2TTf-N -j

т.е. в этом случае значение контролируемого напряжения в контрольных точках не будет завис.ет ь от частоты данного напряжения.

Деление цикла работы устройства на 16 равных временных интервалов (фиг. 4, 8) осуществляется счетчиками 11, 13 и 16, блоками 8, 4 и элементом И 5 с помощью задающего генератора 3, имеюи1его частоту 1 МГц.

j

264706

Длите льность цикла работы устройства равна половине периода контролируемого напряжения и колеблется в зависимости от частоты этого на- 5 пряжения от 9800 икс (при Гц) до 10200 кис (при Гц).

Суммарная емкость счетчиков 11, 13 взята равной I02AO ед. (счетчик 11 имеет емкость 640 ед., счетчик

О 13-16 ед.). Деление на равные временные интервалы происходит за счет выработки поправки счетчиком 16 (емкость 32 ед.) и переписи этой поправки в счетчик 11 в начале каждого

5 временного интервала.

Выработка поправки происходит следующим образом.

В момент подключения устройства к контролируемой сети содержание

20 счетчика 16 равно нулю. Предположим, что в этот момент частота контролируемого напряжения равна 50 Гц, и, следовательно, длительность цикла работы устройства (длительность полу- периода контролируемого напряжения) равна 10000 кмс. В первом цикле работы устройства счетчики 11, 13, которые пересчитьшаются тактовыми импульсами с периодом 1 мкс генера30 тором 3 через блок 8, насчитывают 9968 И1чпульсов (с учетом потери двух тактов в каждом из 16 временных интервалов при переписи нулевой поправки из счетчика 16), поэтому в стар35 шем разряде счетчика 13 будет единица и в начале следуюи(его цикла работы устройства в -счетчик 16 блоком 8 записывается единица, которая в этом цикле будет переписываться в

40 счетчик 11 шестнадцать раз в начале каждого временного интервала.

В конце этого цикла в счетчиках 11 и 13 будет 9984 ед., в старшем разряде счетчика 13 вновь будет еди45 ница и в начале следующего цикла

в счетчик 16 блоком 8 будет занесена еще одна единица. Так будет происходить увеличение содержимого счетчика 16 до тех пор, пока не произойдет

50 переполнение счетчиков 11, 13 в цикле работы устройства. Такое переполнение возникнет в 18-м цикле от начала работы устройства (через 180 мс)f в старшем разряде счетчика .13 будет

55 О, поэтому в начале 19-го цикла

блок 8 вычтет одну единицу из содержимого счетчика 16, поправка останется равной 17 ед.

В дальнейшем, при неизменной частоте контролируемого напряжения, равной 50 Гц, содержимое счетчика

16будет после каждого цикла работы устройства меняться с 17 ед. на

18 ед. и, наоборот, с 18 ед. на

17ед. .

Аналогично будет выработана начальная поправка при любой другой частоте контролируемого напряжения

При последующей работе устройства происходит корректировка попраки по частоте (изменение содержимого счетчика 16) при изменении частоты контролируемого напряжения.

Предположим, что частота контролируемого напряжения начинает возрастать (длительность полупериода уменьшаться), тогда в очередном цикле работы устройства возникает переполнение счетчиков 11 и 3 (в старшем разряде счетчика 13 будет ноль) и блоком 8 будет уменьшено содержание счетчика 16 на единицу. Такое уменьшение «одержимого счетчика 16 будет происходить до тех пор, пока частота контролируемой сети не станет стабильной.

При уменьшении частоты контролируемого напряжения содержимое счетчика 16 будет возрастать на единицу в каждом цикле работы устройства. Так происходит выработка поправки по частоте в счетчике 16.

Временные интервалы фиг. 5, 6) будут при различных частотах контролируемого напряжения разные по длительности, но равны между собой в периодах каждого цикла работы устройства.

Выработка эталонного кода формируется на регистре 12, представляющем собой семь триггеров, управляемых сигналами с дешифратора 10 следующим образом:

первый триггер (первый разряд регистра 12).взводится дешифратором 10 при появлении на счетчике 13 код 0001 и сбрасьшается кодом 1111, что соответствует моменту сравнения напряжений в 1-й и 15-й контрольных точках)

второй триггер взводится кодом 0010 и сбрасывается кодом 1110, что соответствует моменту сравнения напряжений во 2-й и 14-й контрольных точках;

третий .триггер взводится кодом

0011и сбрасывается кодом 1101, 3-я и 13-я контрольные точки;

четвертый триггер взводится кодом 0100 и сбрасьгаается кодом 1100, 4-я и 12-я контрольные точки;

пятый триггер взводится кодом 0101 и сбрасывается кодом 1011, 5-я и 11-я контрольные точки; шестой триггер взводится кодом

0110и сбрасывается кодом 1010, 6-я и 10-я контрольные точки;

седьмой триггер взводится кодом

0111и сбрасьгеается кодом 1001, 7-я и 9-я контрольные точки.

Состояние семи разрядов регистра

12в любой момент времени представляет собой контрольный код минимально допустимого контролируемого напряжения, который сравнивается схемой 15 сравнения с кодом выдавливаемым блоком 9.

В течение каждого цикла работы устройства контрольный код на выходе регистра 12 будет изменяться во времени таким образом:

до момента 1-ой и после 15-ой контрольных точек будет код 0000000; с 1-и до 15-й контрольной точки - код 0000001;

с 2-й до 14-й контрольной точки - код 0000011;

с 3-й до 13-й контрольной точки - код 0000111;

с 4-й до 12-й контрольной точки - код 0001II1;

с 5-й до 11-й контрольной точки - код 001I111;

с 6-й до 10-й контрольной точки - код 0111111;

с 7-й до 9-й контрольной точки - код 1 1 1 1 1 1 1 .

Блок 9 компараторов представляет собой семь схем сравнения посто- янного напряжения. На прямые входы всех схем сравнения подается эталонное напряжение постоянного тока, равное 3,5 В, а на инверсные входы .схем сравнения подаются вырпямленные на- пряжения с резистивных делителей блока 6. Делители подобраны таким образом, что при минимально допустиом напряжении на входе устройства с выхода делителей будет выдаваться напряжение 3,5 В в следующие моменты:

с первого делителя - во время 1-й и 15-й контрольных точек;

9

с яторого делителя - во время 2-fr и 14-й контрольных точек;

с третьего делителя - во время 3-й н 13-й контрольных точек;

с четвертого делителя - во врем 4-й и 12-й контрольных точек;

с пятого делителя - во время 5-й и 11-и контрольных точек;

с шестого делителя - во время 6-й и 10-й контрольных точек;

с седьмого делителя - во время 7-й и 9-й контрольных точек.

В промежутках между контрольным точками напряжение с выходов делитлей будет больше 3,5 В. При повьшге нии контролируемого напряжения относительно минимально допустимого с выхода делителей будет вьщаватьс напряжение, равное 3,5 В, раньше и удерживаться выше 3,5 В дольше времени соответствукяцих контрольных тчек, а при понижении контролируемо напряжения - наоборот.

Напряжение с выходов делителей дается на инверсные входы схем блока 9 и при минимально допустимом значении контролируемого напряжени на входе устройства на выходе блок 9 будет формироваться код текущего напряжения во времени в пределах цикла работы устройства следующим образом:

до момента 1-й и после 15-й конрольной точки будет код 1 1 1 1 1 I I;

с до 15-й контрольной точки код 1111110;

с 2-й до 14-й контрольной точки код 1 ППОО;

с Э-й до контрольной точки код 1111000;

с 4-й до 12-й контрольной точки код 1 10000;

с 5-й до 11-и контрольной точки код 1100000;

с 6-й до 10-й контрольной точки код 1000000;

с. 7-й до 9-й контрольной точки- код 0000000;

При повьшзении контролируемого нпряжения относительно минимально дпустимого соответствующие коды на выходе блока 9 будут формироваться раньпге и удерживаться дольше време соответствующих контрольных точек а при понижении контролируемого напряжения - наоборот.

Схема 15 сравнения производит поразрядное сравнение кодов, выдаваемых с блоков 9 и 12 (фиг, 7)

0

10

на предмет совпадения единич}1ых значений одноименных разрядов, которое возможно или при понижении контролируемого напряжения ниже минимально допустимого значения, или при кратковременных провалах в пределах полуволны от 1-й до 15-й контрольной точки. По числу совпадающих единичных разрядов на входе схемы 15 оценивается величина провала контролируемого напряжения и область провала на полуволне контролируемого напряжения ,

Формула изобретения

1. Устройство для контроля аварийного состояния напряжения питающей сети, содержащее входной трансформатор, вход которого соединен с входом устройства, двухполу- периодный выпрямитель, вход которого подключен к первому выходу входного трансформатора, блок задания цикла, первый и второй входы которого соединены соответственно со вторым и третьим выходами входного трансформатора, задающий генератор, блок эталонного напряжения, блок входных ре- зисти зных делителей, вход которого подключен к выходу двухполупериодно- го выпрямителя,-блок управления цикла, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами задающего генератора и блока задания, цикла, блок компараторов, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами блока входных резистивных делителей и блока эталонного напряжения, первый счетчик, вход сброса и счетный вход которого подключены соответственно к первому и второму выходам блока управления циклом,второй счетчик,счетный вход и вход сброса которого соединены соответственно с выходом переполнения первого счетчика и первым выходом блока управления циклом,дешифратор,вход которого подключен к информационному выходу второго счетчика, регистр, вход которого соединен с выходом дешифратора, и схему сравнения, первый и второй входы которой подключены соответственно к выходам блока компараторов и регистра, а выход равенства - к выходу контроля амплитуды устройства, отличающееся тем, что, с целью расширения класса решаемых задач устройства, в него

введены элемент И, третий счетчик и формирователь импульсов, причем счетный вход и вход управления счетом третьего счетчика соединены соответственно с выходом блока задания цикла и выходом старшего разряда второго счетчика, а выход - с выходом контроля частоты устройства и первым входом элемента И, выходом подключенного к информационному входу первого счетчика, а вторым входом - чер-ез формирователь импульсов, к инверсному выходу старшего разряда первого счетчика.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок задания цикла содержит два элемента задержки, два формирователя импульса, элемент ИЛИ и два однополупериодных выпрямителя, входы которых соединены соответственно с первым и вторым входами блока, а выходы - соответственно с входами первого и второго элементов

От блока

33

задержки, }1ьг(1пы которых подключены соответственно через первый и пторой формирователи импу;гьса к пярвому и второму входам элемеи- -а НИИ, выход

которого является выходом блока.

3. Устройство по п. I, отличающееся тем, что блок управления циклом содержит счетчик, дешифратор, триггер и два элемента И,

первые входы которых соединены с первым входом блока, а вторые входы - соответственно с инверсным и прямым выходами триггера, установочный вход которого подключен к первому выходу

дешифратора, соединенному вторым выходом и входом соответственно с первым выходом блока и выходом счетчика, вход сброса которого соединен с входом сброса триггера и вторым входом

блока, а счетный вход - с выходом первого элемента И, выход второго элемента И является вторым выходом блока.

Z1

22

® S«SW Ш Яй w ЯйTfss

Фае. if

Вшо jMfa J

Ли ) cve.TVJOll.lSl.

3w. j fle i crnoa Bb/ioi iJ/.гта scif.- -i

Вылез

itaiI

ви«сг fAaiB f n, ft,«irf fc.w r(jj...

Яр ,tSt 5. fsiKtmisi дад йнк Лзво Snj

l3lflf.03 :lU lmiJe

KIZ3

Ssi -s3 S tHxa {.lj

tamS йдае af42J

fe Sc imKtenn BtjjtKj ustuctnm КС BsjioS m xa tMeSpiiiKiKHe SCI Вала &да .gfn prr Basi Sii fe ISf-ff..

i

°

i

ill111

°,„ - М1«И/7Г

IC J.

fftu Slrit

1 t Ч9ГЦ

Фиг.5

Изобретение относится к области вьиислительной техники и может применяться для контроля питающей сети вычислительных комплексов. Целью изобретения является расширение класса решаемых задач. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее входной трансформатор, двухполупериодньш выпрямитель, блок задания цикла, задающий генератор, блок эталонного напряжения, блок входных резистивных делителей, блок управления цикла, блок компараторов, дешифратор, два счетчика, регистр и схему сравнения, введены элемент И, третий счетчик и формирователь импульсов. 2 з.п. ф-лы, 8 ил. SS : ND 05 4

-Пхтгг

Q.

n п n г

aj njKi aSfff H0 cvffTf JAifie 5 77

-13

-D

-jQО

ТП П n I-in n rrn - № 13fa (S7 ssy Kg mi nn

§J /jptf /tSffn fftie S c fSfnwкe ра8ем 7

n p n I1 n n n П I1 П p n 3 «,;rjr «6 wrsV fifoкг/uSati

n n П ПП-г:л1:ил о сп:

г га isечи ssj sss , пю rx7 ;зсе

б/ j- /5Гц коЗ S rv./7Twxf ff puSsH 3

n n n n rtri rzrJLGLn Л пг г ХДГг 11 Ы -7- в - В ядай

nja-C jjjni,i..a..tiLtr,

,Г1

--„о

-ЛД-Ш и п П-Е.1::::ш 1 П1::

S S

S V 94(1 fiif

С1.

sw аеа use

U,n

U

t/г tfi

SAOHO 2

Jr J

дмкаННу

Вымд мкоЗШ

эпк

Вымд Злока Вь1лод 5мка5С2.

(Jjm

8ыкод блока SL31 Выход 5локаЗШ

jm

Вы}(од дломбШ Вы мд блокад СП

9(

5К

бк

7К

8к

Зк

/Ок

ПК

;3(

ш

WK

.iJ i

m

х

эт

Вымд длокабИб Вымд бмкаЗСбЗ

Ujm

Выкод длака 6L6 8ыкод длокаЗШ

Вы}(од 5лона бП Вымд 5AOKa9L13

Код 8 счетчике /7,75

I L I I I I I I I I I 1 I I

6 fO mo J2W ЧЧ80 5760 70W 8320 3500 ШО 25BO 38W 5m 5W3 7680 8960 12W . 8

Составитель В. Вертлиб Редактор Т.Кугрьш:ева Техред В.Кадар Корректор М.

Заказ 2135/49 Тираж 671

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

Подписное

1 1 от г ,,----„. ,t 1 rin

,Москва Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

ТТ- - -

ирОНЗВОПСТПРННп-rT/-,,.,«j

Производственно-полиграфическое

предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Мак с имишине ц

Подписное

предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4