Способ контроля отклонения напряжения сети Советский патент 1977 года по МПК G01R17/02 

1

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для обнаружения момента отклонения напряжения сети от номинального значения, в частности оно может применяться в вычислительной технике для сохранения информации в памяти электронной вычислительной машине (ЭВМ) при недопустимом снижении напряжения питающей сети.

Известен способ контроля отклонения напряжения сети, основанный на контроле выходного напряжения «а выпрямителях нагрузки 1. Недостатком этого способа является запаздывание индицирующего сигнала относительно момента наступления аварийной ситуации в питающей сети.

Известен способ 2 контроля отклонения напряжения сети, заключающийся в сравнении выпрямленного напряжения с эталонным. Однако этот способ основан на определении момента практически полного пропадания напряжения питающей сети. Причем определение этого момента происходит за время, не превышающее время полупериода кривой напряжения.

Таким образом, при этом способе необходимы большие затраты времени для обнаружения отклонения сети.

Цель изобретения - сокращение времени обнаружения отклонения напряжения сети.

Это дости1гается тем, что напряжение сети выпрямляют с числом тактов, большим числа тактов выпрямления на выпрямителях нагрузки, стабилизируют на максимально возмол ном уровне, после чего проводят сравнение.

Основой способа является выбор наиболее эффективного принципа выпрямления напряжения сети.

При трехфазной питающей сети и трехфазных выпрямителях нагрузки недопустимо в устройствах, реализующих данный способ, использовать однофазное выпрямление, которое обязательно требует применения сглаживающих фильтров, что приводит к медленной реакции на аварийное отклонение напряжения сети.

Рассмотрим следующий пример.

Пусть имеется источник питания с выходным напряжением в и током / нагрузки 60 а. Определим величину емкости конденсатора выходного фильтра, обеспечивающую снижение выходного наиряжения на 10% от номинального за время мсек.

Очевидно

-3

60-10-10

1,2 ф, о,ш 0,1-5

что практически не представляется реальщ 1м 30 для выполнения.

Из приведенного примера видно, что основное направление в обеснечении сохранности информации в ЭВМ при аварийном снижении либо пропадании напряжения питающей сети должно состоять -не в увеличении времени, в течение которого сохраняется в допустимых пределах выходное напряжение источника питания, а в максимальном сокращении времени реакции при заданном минимальном времени сохранения выходных напряжений источникой питания в допустимых пределах.

Приведенный пример показывает неэффективность применения однофазных выпрямителей со сглал нвающими фильтрами для источников питания с .низкими уровнями выходного напрял :епия и большими токами нагрузки. Действительно, фильтр должен обеспечивать сглаживание выпрямленного напряжения в течение нескольких полутактов, т. е. на время 10 мсек и более, что в случае больших токов и малых уровней напряжения требует неоправданно больших величин емкостей фильтра.

Для источников питания с повышенными напряжениями и сравнительно небольшими величинами токов нагрузки, где применение однофазных выпрямителей технически оправдано, их сглаживающие фильтры являются достаточно эффективным средством для поддержания выходного напряжения источников питания на заданном уровне в течение определенного времени при аварийном снижении или пропадании напряжения питающей сети.

Одно из основных средств в решении данной задачи выбор оптимальной схемы выпрямителя контрольного устройства.

Прежде всего, число тактов выпрямления должно быть таким, чтобы исключить необходимость фильтра после выпрямителя, который замедляет формирование аварийного сигнала. Выпрямитель должен быть трехфазным. Следует отметить, что источники с однофазными выпрямителями по принципу своей работы требуют весьма инерционных сглаживающих фильтров выпрямленного напряжения.

Таким образом, при устройстве контроля с трехфазным выпрямителем и однофазных источниках питания ЭВМ своевременность обнаружения отклонения напряжения достигается, главным образом, за счет «запоминания напряжения питающей сети с помощью фильтра однофазного выпрямителя источника питания.

При анализе эффективности использования различных вариантов многофазного выпрямления без сглаживающих фильтров следует исходить из величины расчетного времени реакции схемы выпрямления на различные аварийные режимы питающей сети. Под расчетным временем реакции понимается максимальная величина интервала времени между моментом наступления аварийного режима питающей сети, в частности снижения или пропадания одной или нескольких фаз питающего напряжения, и моментом, когда кривая выходного напрял :ения выпрямителя начинает отличаться от кривой, соответствующей неаварийному состоянию питающей сети. Анализ показывает, что расчетное время определяется следующим образом:

4/

О,

.

/п

где fn - частота пульсации выпрямленного напряжения;

/ - число фаз, одновременно используемых при формировании кривой выходного напряжения;

п - число аварийно пропадающих (снижающихся) фаз.

Величина А/р, характеризующая выпрямление, осуществляемое при предложенном способе, доллсна быть не бoльпJe, чем для любого выпрямителя на;грузки.

В таблице приведены величины для различных трехфазных схем выпрямления.

Примеры вычисления величины для схемы 2 ( ГЦ, ) при пропадании напрял ения одной фазы () имеем

Q, сек,

Д р150

при пропадании двух фаз () 4 - 2 - 2

0.

Д р150

Используя таблицу значений можно правильно выбрать необходимый принцип выпрямления.

На чертеже представлен конкретный пример электрической схемы устройства, реализующего предложенный способ.

Устройство содержит транзисторы 1-7, диоды 8-16, стабилитроны 17-20, конденсаторы 21-25, резисторы 26-47, обмотки трансформатора 48, 49 и 50.

Переменные напряжения с вторичных обмоток трансформаторов 48, 49 и 50 выпрямляются выпрямителем на диодах 8-13 и стабилизируются компенсационным стабилизатором на элементах 26-30; 21, 22, 23; 14, 17; 1, 2. Потенциометр 29 служит для настройки стабилизатора с целью получения пульсации на его выходе при снижении выходного напряжения выпрямителя до уровня, соответствующего аварийному значению напряжения сети. Выходное напряжение стабилизатора подается на один из входов триггера, собранного на элементах 36, 44, 46, 15, 5 и 7. На второй вход этого триггера с движка резистора 38 поступает опорное напряжение от параметрического стабилизатора, собранного на элементах 33, 37, 38, 39, 18 и 19. Формирователь аварийного сигнала выполнен на элементах 31, 32, 34, 35, 40-43, 45, 47, 16, 20. Транзисторы 3, 4, 6 представляют собой релейный усилитель. Аварийный сигнал формируется на стабилитроне 20. Резистор 47 предназначен для согласования с волновым сопротивлением линии.

Конденсатор 21 предусмотрен для повышения устойчивости работы стабилизатора, конденсатор 22 - для повышения чувствитель7

1ЮСТИ схемы, шунтируя резистор 28 на частоте пульсации. Диод 14 является термостабилизатором выходного напряжения. Конденсатор 23 создает задержку работы схемы примерно на GO-80- 10- сек. Конденсатор 24 служит фильтром источника питания +27 в. Конденсатор 25 используется для уменьшения скорости повышения напряжения на выходе источника опорного напряжения при включении источника питания +27 в, что предотвращает ложные срабатывания схемы при ее включении.

Диоды 16, 15 создают отрицательное смещение транзисторов 4 и 5.

Устройство работает следующим образом.

При номинальном напряжении сети напряжения «а эмиттере транзистора 7 больше напряжения на его базе. Транзистор 7 закрыт, следовательно, закрыт и транзистор 5. В случае аварийного снижения нанряжения сети повышаются пульсации на выходе стабилизатора. При этом иапрял ение на эмиттере транзистора 7 становится ниже напряжения на его базе и транзистор открывается. Начинает протекать базовый ток транзистора 5, который открывается и своим коллекторным током поддерживает транзистор 7 в открытом Состоянии, т. е. в схеме имеется положительная обратная связь.

При открывании транзисторов 5 и 7 напряжение иа эмиттере транзистора 3 скачком увеличивается, он отпирается. Транзистор 4 также отпирается, а транзистор 6 запирается. В результате ток резистора 45, иротекавишй до этого через транзистор 6, начинает ирохо8

дить через стабилитрон 20, формируя аварийный сигнал.

Псиытапия показали, что максимальная длительность задержки .между моментом начала отклонения напряжения сети и моментом выдачи аварийного сигнала не иревыщает 80-10- сек, что намного меньше длительности задержки при обнаружени отклонения напряжения сети с использованием известного сиособа.

Формула изобретения

Способ контроля отклонения напряжения сети, заключающийся в сравнении выпрямленного напряжения с эталонным, отличающийся тем, что, с целью сокращения времеHI обнаружения отклонения напряжения сети, напряжение сети выпрямляют с числом тактов, большим числа тактов выпрямления на выпрямителях нагрузки, стабилизируют на .макси.мально возможно.м уровне, после чего

производят сравнение.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Щербаков О. К- Электропитание электронных вычислительных маи1ин. Сборник «Вычислительная техника и ее применение. Под ред. С. А. Лебедева. М.-Л., Госэнергоиздат, 1959, с. 27-32.

2..Лвт. св. № 363978, кл. G 06f 11/00, 9/18, 1969 (прототип).