Устройство для защиты энергетической установки от превышения заданного уровня токового сигнала Советский патент 1977 года по МПК H02H9/02 

однополупериодного фаао увствительного выпрямителя и порогового блока (или нескольких), который состоит из -последовательно соединенных дискриминатора амплитущы, разделительного элемента и5

ыпрямителя. Источник контрольного сигнала включен параллельно входу устройа и датчику. На входе модулятора дейстует сумма двух сигналов: тока датчика и ока источника контрольного сигнала, нап- ю равленных встречно. При токе датчика, равном О, на вход модулятора поступает тольо ток источника контрольного сигнала, который модулируется, усиливае оя и по ся -на вход фазочувствительного выпрямитэ-г 15 я. Под воздействием прямоугольного напряжения на выходе фазочувствительнот о выпрямителя дискриминатор амплитуды бу- -цет работать в динамическом режиме, формируя однополярные импульсы. Это напря- 20 жение после разделительного элемента бу-А дет переменным напряжением прямоугольной формы, которое преобразуется выпрямй-i телем и постоянное напряжение определен- ной величины и знака.25

Наличие выходного напряжения сигнала зирует об отсутствии превышения заданного уровня и о нормальной работе устройства.

При увеличении тока датчика суммарный ЗО сигнал, действующий на входе модулятора, уменьшает. Это приводит к уменьшению сигнала на входе порогового блока. Когда ток датчика достигает определенного заданного значения. 3,, , при ко- 35 тором амплитуда импульсов, поступающих на вход дискриминатор -амплитуды, станет равной его порогу срабатывания,дискриминатор амплитуды перестанет работать а режиме формирования. Тогда исчезнет пере 40 менное напряжение на входе .выпрямителя, что приведет к скачкообразному исчезновению выходного постоянного напряжения, сигнализируя .о превышении входным током заданного уровня.45

В случае возникновения в любом из влементов устройства, а также в цепях питания и управления внезапного отказа, приводящего к исчезновению контрольного сигнала в тракте устройства, скачком ис- 50 чезает выходное напряжение, сигнализируя неисправности устройства. Очевидао, что при таком построении схемы устройства защиты от превышения заданного уровня сигнала возникновение55

опасного отказа, т.е. такой ситуации, при которой входной сигнал достиг заданной величины, а срабатывания не произошло, быть не может. Однако прг. появлении на выходе устройства логического сигнала80

нельзя установить вызвавшую его причину; нельзя отличить сигнал, вызванный неисправностью какого-либо элемента от c:fr-нала, появившегося вследствие превышения входным сигналом заданной величины. На пример, при неисправности усилителя ло гической сигнал появится на всех пороговых блоков, а при внезапном отказе одного из элементов порогового блока ло- Уический сигнал появится на выходе именно этого блока.

Цель изобретения - повышение кадеж ности и удобства в эксплуатации устройст- ва путем индикации сигнала неисправности.

Поставленная цель достигае1-ся тем, что в каждом из пороговых блоков к дискриминатора амплитуды последова тельно подключены элемент совпадения и фильтр низкой частоты, причем второй вход каждого элемента совпадения соединен первый расширитель длительности импульсов с источником управляющего напряж ния, к выходу которого через управляю щий блок подключен источник контрольного, сигнала, выход первого расширителя длительности импульсов через второй расширитель длительности импульсов соединен со сумматора, другие его входы, число которых равно числу пороговых блоков, через дифференцирующие блоки включены нг выходы фильтров низкой частоты, а на выход сумматора включен блок формирова- . ния сигнала неисправности. С целью исключения опасности отказов, блок совпадения образован двумя параллельно включенными на входе логическими элементами И, выхо цьт которых соединены со входами аналогичного логического элемента И. С целью повышения надежности индикации сигнала неисправности, сумматор образован параллельным включением на входе логичес« ких элементов И, число которых и количество входов каждого из них на единицу больше числа пороговых блоков, а их выходы соединены со входами аналогичного логического элемента И.

На фиг. 1 Hi иведена функциональная схема предлагаемого устройства для защиты энергетической установки от превышения заданного уровня токового сигнала; на фиг. 2 - схема элемента совпадения; на фиг. 3 - схема сумматора; на фиг. 4 - временные диаграммы, иллюстрирующие работу устройства.

Устройство состоит из датчика 1, источника 2 контрольного сигнала, моцулятора 3 с источником 4 управляющего на пряжения, усилителя 5, к выходу которого гюаключены опия или НРСКППЬКО поротчлч блоков, напрнкгер П, 7, Я, нз которых состоит из последовательно соепнненных дискриминатора амгшитуоы О, элемента совпадения 10 и фильтра 11. Источ ник 2 контроль.ного cm-нала соецинен чере утзравляюший блок 12с источником 4 уиравляюшего напряжения, к выходу которого подключены через первый расширител 13 длительности импул1зсов, входы 14 все элементов совпадения 10 и вход второго расширителя 15 длительности импульсов. На вход сумматора 16 включеньг через дифференцирующие блоки 17 выходы всех .пороговых блоков 6, 7, 8 и выходы ВТО- iporo расширителя 15 длительности импуль сов, а выход сумматора 16 соединен с блоком 18 формирования сигнала неисправ ности. Элемент совпадения 10 (фиг. 2) образован двумя паралле/Гг но включенньгми на входе логическими элементами И 18 и 1 Выходы элементов И 18 и 19 подключены ко входу аналогичного элемента И 20 и его выход является выходом элемента сов падения. Сумматор (фиг. 3) образован параллель но включенными на входе логическими эле ментами И 21-24, число Которых и количество входов каждого из них на единицу больше числа пороговых блоков устройства Выходы этих элементов И включены на вход логического элемента И 25, выход которого является выходом сумматора. Устройство работает следующим обра- зом. При токе датчика 1, равном О, на вход модулятора 3 поступает только ток источника 2, форма которого показана на фиг. 46. Этот сигнал образован постоянный током Jxc I который получается после выпрямления -и сглаживания переменного управляющего напряжения (фиг. 4, а) с положенными на него короткими импульсами длительностью Т2, генерируемыми при помощи управляющего блока 12. Задний фронт импульсов тока контрольного сигнала совпадает с фронтом прямоугольного управляющего напряжения . После модуляции и усиления напря жение на выходе усилителя 5 имеет форму показанную на фиг. 4, в. Это напряжение подается на входы пороговых блоков 6, 7, 8, и под его воздействием дискриминаторы амплитуды 9 работают в режиме формирования. Порог срабатывания порогового блока 6 обозначен на фиг. 4, (Jj,a порог срабатывания блока 7 - Ц. . На выходе дискриминаторов 9 пороговых блоков 6 и 7 присутствует пульсирующее напряжение. Изображенное на фиг. 4 г и 4 д соответственно. Очевидно, что длительность. икшул- :ов, формируемых дискриминаторами амплитушл равна Т1 - длительности полупериода управляющего напряжения. На вход J4 элемента совпадения 10 с выхода первото расширителя 13 подаются импул1зсы длительностью ТЗ (фиг. 4 ё. Так как ТЗ Т1, то на выходах схем совпадения 10 присутствуют однополярные импульсы длительностью Т1 (. - ж, 4 з,). Из этого пул1:сирующего напряжения филь-грами низкой частоты 11 .дуется выходные логические сигналы, изоРра ;енные на фиг. 4 и, 4 к. Так как сигнал, соответствующий логической единице, является постоянным напряжением определенной величи иы и знака с наложенной на его пульсации частоты при помощи дифференцирующего блока 17 выделяются им пульсы (фиг. 4 л н 4 м), передний фронт которых совпадает с задним фронтом импульсов на выходе элемента совпадения 10, Импульсы с выхода дифференцирующих бло«ков (число которых равно числу пороговых блоков) подаются на входьт сумматора 16. Напряжение с выхода первого расщирителя 13 подается на вгорой расширитель15. Импульсы, длительностью Т4 с его выхода (фиг. 4 н) также поступают на вхоа сумматора 16. На выходе сумматора присутствуют короткие импульсы (фиг. 4о1 под действием которых блоком 18 формируется логический сигнал неисправности. Признаком исправной работы устройства является наличие на выходе блока 18 логической единицы (фиг. 4 п). При увеличении с момента i. токя датчика 1 напряжение на выходе усилителя 5 начинает уменьщатьс я, так как ток датчика и ток контрольного сигнала направлены встречно. В момент t,, напряжение основной модулирующей частоты на входе дискриминатора амггли-Руды 9 по-г рогового блока 6 становится меньще, чем его порог, срабатывания Uj (фиг. 4 в), и дискриминатор амплитуды формирует выходной импульс, длительностью Т2 , тогда как до этого он формировая импульсы, длительностью Т1, С выхода блока совпадения 10 на фильтр 11 также поступает .короткий импульс (фиг. 4 г), что приводит к уменьшению величины выходного логического сигнала. При дальнейшем увеличении тока датчика с выхода блока совпадения снимаются короткие импульсы, длительностью Т2, и; на выходе фильтра 11 устанавливается низкое постоянно. напряжение, соответствующее логическому нулю с наложенной на него пульсацией (фиг, 4 и) дифференцирующий блок 17 выделяет импульсы (фит 4 а), передний фронт которых совп;.дает с задним фронтом импульсов на выходе блока совпадения, и следовательно, режим работы сумматора 16 и блока формирования сигнала неисправности сутцественно не изменяется.

В момент to напряжение основной модулирующей частоты уменьшается до величины, меньшей ITjj и скачком изме- няется цпительнос ь импульсов, формируемых дискриминатором амплитуды 9 порогового блока 7. На выходе фильтра 11 аналогичным образом изменяется выходное напряжение (фиг. 4 к), т.е. происходит ерабатывание блока 7. Очевидно, и в этом режим работы сумматора 16 не из.eняeтcя, так как на два его входа пос тупают короткие положительные импульсы (фиг. 4 м и 4 н), а на третий - длитечьностью Т4 с выхода второй схемы расширителя 15 длительности импульсоч.

При дальнейшем увеличении тока дат чика в момент t. - происходит изменение знака действующего на входе модулятора 3 медленно изменяющегося сигнала, и следовательно, изменяется фаза напря. ения основной частоты на выходе усилителя 5, а в момент: i: дискриминатор, амплитуды 9 порогового блока 7 начинает формировать импульсы, длительностью Т1 (возможен случай, при котором длительность импульса будет равна Т1 + Т2). Од нако на выходе блока совпадения 1Q при этом присутствуют иктульсы длительностью ТЗ-..Т1, приблизительно равной Т2. Поэтому выходное напряжение нулевого логического изменяется незначительно, а положительный импульс с выхода дифферевдирующего блока смещается вправо (несколько запаэцывае ) относительно фронта прямоугольного управляющего напряжения. Это приводит к некоторому уменшению длительности импульса на выходе сумматора 16, но не нарушает работу блока 18 формирования логического сигнала неисправности.

В момент t аналогичным образом начинает работать дискриминатор амплитудь 9 порогового блока 6.

При уменьшении тока датчика до О выще описанные изменения происходят в обраном порядке..

Таким образом, признаком исправной работы устройства для зашиты энергётической установки от превышения заданного уровня токового сигнала является наличие на выходе блока формирования логического сигнала неисправности последовательности (коротких импульсов (фиг. 4 о). Тогда на

выходе этого блока присутствует напряжение, соответствующее логической единице. При исчезновении по какой-либо гфичиг1е последовательности запускающих импульсо или при неисправности собственно блока 18 во внешнюю цепь напряжение постоянного тока не поступает (логический,О), Как показано выше, контроль исправности устройства осуществляется вне зависимости от Величины и направления тоха датчика и его изменений во времени.

Сигнал неисправности подается при возникновении внезапиого отказа, влекущего за собой исчезновение контрольного сиг нала в любом функциональном элементе устройства.

Так кик шри этом происходит сра6аты вание одного или нескольких пороговых блоков устройства, то для предотвращения ложного срабатывания устройства блок формирования логического сигнала неис правности выполнен более быстродействующим, чем пороговые блоки. При возник новении внезапного отказа, например в усилителе.5, одновременно прерываются последовательность запускающих импульсов поступающих на блок формирования сигна... ла неисправности, и импульсы, поступак щие на входы фильтров низкой частоты всех пороговых блоков, но исчезновение выходного постоянного напряжения на выходе пороговых блоков происходит с ГО-раздо меньшей скоростью, чем исчезновение напряжения на выходе блока формирования сигнала неисправности. Тогда во внешнюю схему, обрабатывающую логические сигналы устройства, сначала поступает сигнал неисправности, а только потом ложные логические сигналы с выходов пороговых блоков.

Если бы в качестве зяемента совпаде- НИИ 10 применялась обычная схема И, на« пример два последовательно включенных транзисторных ключа, то при пробое транзистора, на вход которого подается сигнал с выхода дискриминатопа амплитуды, срабатывание .порогового блока не произошло бы при увеличении тока датчика, т,.е. имел бы место опасный отказ.

Для предотвращения опасного отказе, устройства вследствие возникновения вне- аапного отказа в элементе совпадения Ю этот элемент (см. фиг. 2) образован двум 18 и 19 параллельно включенными логическими элементами И, имеющими по два входа. . Выходы элементов 18 и 19 подключены ко вгсоиУ аналогичного элемента И 2О, ti его выход является выходом элемента совпадения 10,

По аналогичной схеме построен сумматор 16 (фиг. 3). Все входные сигналы подакх1ся ка входы параллельно включенньхХ логических элементов И, 21-24, число которых и количество входов каждогв из них на единицу больше числа пороговых блоков устройства. Выходы этих элементов включены на вход элемента И 25, выход которого является выхоч:ом сумматора,

В настоящее время изготЬвлен и испыч тан макет устройства для защиты от превышения заданного уровня сигнала. Логический сигнал пороговых блоков выдается в виде напряжения постоянного тока 12 BS i20% (логическая единица) и напряжения .постоянного тока менее 0,3 В (логический нуль).

Сигнал неисправности выдается при имитации внезапного отказа (обрыв или короткое замыкание) любого элемента, входящего в состав устройства.

Задержка появления ложного логического сигнала на выходе пороговых блоков при возникновении внезапного отказа )тносительно появления сигнапа неисправности составила в испытываемом макете и может быть легко увеличена.

Формула изобретения

1, Устройство для защиты энергетической установки от превышения заданного уровня токового сигнала, содержащее датчик и источник контрольного сигнала, на выход которых подключены последовательно соединенные модулятор, снабженный источником управляющего напряжения, . и усилитель, к выходу которого подключены пороговые блоки с дискриминаторами амплитуды на их входах, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения надежности и удобства в эксплуатации путем индикации сигнала неисправности уст ройства, в каждом из пороговых блоков к выходу дискриминатора амплитуды последовательно подключены элемент совпацения и фильтр низкой частоты, причем второй вход каждого элемента совпадения соединен через первый расширитель длительности импульсов с источником управляющего напряжения, к выходу которого через

управляющий блок подключен источник контрольного сигнала, выход первого расширителя длительности импульсов через второй расширитель дритэлькости импульсов соединен со входом су1 матора, другие его

входы, число которык рав но числу пороговьгх блоков, через дифференцирующие блоки включены на выходы адьтоов низкой частоты, а на выход сумматора включен блок формирования сигнала неисправности,

2, Устройство по п, 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью исключения опасности отказов, элемент совпадения образован двумя параллельно включенными на входе логическими элементами И, выходы которых соединены со входами аналогичного логического элемента И,

3, Устройство по п, 1, о т л и ч а юш е е с я тем, что, с целью повышения надежности индикации сигнала веисправности устройства, сумматор образован Ъараляельдым включением на входе логических элементов И, число которых и количество входов, каждого из них на единицу больше числа пороговых блоков, а их выходы соейинены со входами аналогичного элемента И,

Источники информации,принятые во внимание при экспертизе:

1.2eciro e. Engineering- 39, N 474489 август 1967 г,, № 475, 553-557 сентябрь 1967 г., предназначенное для системы аварийной защиты атомной электростанции в Уилфе (Англия),

2, Авторское свидетельство № 413567,

по кл, Н 02 Н 9/02 за 1973,

Л

Г

I

fO

18

.I

L.

Фиг.З

I