Интеллектуальный источник питания с возможностью ступенчатой нагрузки

 

Система электроснабжения содержит цепь распределения мощности и цепь силового преобразователя, цепь управления вводом мощности, цепь использования мощности и цепь управления использованием. Цепь распределения мощности имеет некоторое ограничение в передаче мощности в цепь силового преобразователя. Цепь управления входной мощностью инициирует пуск цепи силового преобразователя и управляет им. Цепь использования мощности и цепь управления использованием содержат первый накопительный конденсатор, первую нагрузку и второй конденсатор. Компаратор напряжений контролирует напряжение на втором конденсаторе, чтобы определить, когда тот полностью заряжен. Логический элемент принимает сигналы от компаратора напряжений и логику состояния, чтобы вызвать замыкание переключателя, когда второй конденсатор полностью заряжен. При замыкании переключателя вторая нагрузка соединяется параллельно с первой нагрузкой. Техническим результатом является облегчение последовательной нагрузки разных элементов цепи с минимальной задержкой. 9 з. п. ф-лы, 3 ил. , 1 табл.

Область техники Изобретение относится к источникам питания, которые обеспечивают мощность для переменных нагрузок и запитываются от энергораспределительных систем, имеющих какую-либо форму ограничения мощности, в частности к системе электроснабжения, содержащей внутренние электронные схемы, которые контролируют входное напряжение с целью определения, когда можно осуществлять запуск, управляют расходом энергии во время запуска и контролируют выходное напряжение и режим системы с целью определения, когда следует увеличить или уменьшить мощность, подводимую к одному избранному компоненту из множества несущих нагрузку компонентов сети.

Предшествующий уровень техники Системы распределения энергии, применяемые на промышленных установках, часто содержат центральный источник питания с постоянным напряжением, например аккумулятор, который соединен длинными проводами с разными нагрузками, использующими энергию от этого источника. Эти длинные энергораспределительные провода имеют собственное сопротивление, которое может возрасти настолько, что провода не смогут подавать рабочее входное напряжение на энергопотребляющие нагрузки. Даже невзирая на то, что источник питания обеспечивает постоянное напряжение, энергопотребляющие нагрузки могут получать низкое входное напряжение в силу собственного сопротивления проводов. Кроме сопротивления линии, для систем распределения мощности свойственны и другие проблемы. Примером может служить источник питания, выполненный с возможностью самозащиты посредством ограничения максимального выходного тока или мощности. Такие источники питания также могут не обеспечивать соответствующую рабочую мощность для энергопотребляющих нагрузок. При этом энергопотребляющие нагрузки тоже могут получать низкое входное напряжение. Проблемы низкого входного напряжения имеют особое значение, когда энергопотребляющие нагрузки связаны с измерительными приборами, например расходомерами Кориолиса, денсиметрами и вискозиметрами, которые измеряют параметры жидкости в трубопроводах. Вся измерительная система может выйти из строя, если даже всего один прибор не достигнет рабочего режима, так как для системных вычислений могут потребоваться отсутствующие значения, которые дает этот один прибор. Кроме того, низкое входное напряжение может привести к выдаче ошибочных показаний одним или несколькими приборами. Последняя проблема особенно серьезная, так как ошибочные показания трудно, если вообще возможно, обнаружить, и поэтому необходимо поставить под сомнение данные измерений, полученные от приборов, которые испытывают условия низкого входного напряжения.

Эта проблема характерна для расходомеров Кориолиса, например модели ELITE CMF 300356 NU и модели CMF 300 H 551 NU, поставляемых компанией Микро Моушн, Колорадо, которые могут эффективно использоваться для точного измерения жидкости, загружаемой в железнодорожный вагон. Низкое входное напряжение, поступающее в расходомер Кориолиса, при таком применении может исказить его выходные показания и потенциально привести к переполнению, вызывающему слив жидкости. Поэтому для расходомеров Кориолиса особенно важно, чтобы условия низкого входного напряжения были сведены к минимуму.

Расходомеры Кориолиса часто устанавливаются в пунктах, удаленных от цивилизации, например на пустынных территориях, где ведется добыча нефти или газа, или на множестве резервуаров с жидкостью, покрывающих половину суши. В обязательных местах этих больших систем устанавливаются разные измерители, и энергия подводится к этим местам по энергораспределительным проводам, которые должны быть очень длинными, чтобы покрыть большие расстояния. Эффект большой длины проводов усугубляется тем, что часто используются провода с меньшим диаметром, так как они более экономичны, а это также приводит к увеличению сопротивления. Все это вызывает увеличение сопротивления линии, являющееся одной причиной проблем низкого входного напряжения. Кроме того, иногда при установке нового оборудования имеющиеся энергораспределительные провода становятся непригодными для их целевого использования, а замена существующих энергораспределительных проводов или прокладка новых проводов может потребовать больших затрат.

В наиболее общем аспекте проблемы низкого входного напряжения свойственны для пусковых условий в отличие от установившегося рабочего режима. Пусковые условия отличаются более высокими и иногда переменными условиями нагрузки, при которых требуется дополнительная мощность для удовлетворения, например, потребности накопления энергии для зарядки конденсаторов и возбуждения катушек индуктивности во время запуска цепей. Это аналогично избыточной мощности, необходимой во время запуска электродвигателя. При этом временно потребляется дополнительный входной ток, пока энергопотребляющие нагрузки не достигнут установившегося режима. Прохождение дополнительного пускового входного тока через энергораспределительные провода с высоким сопротивлением приводит к соответствующему падению входного напряжения, поступающего на энергопотребляющую нагрузку. Поэтому для успешного удовлетворения временных пусковых потребностей большое значение имеет управление величиной дополнительного входного тока, потребляемого во время пуска, чтобы исключить снижение входного напряжения до недопустимо низкого уровня.

Источник питания, соединенный с резистивной системой распределения энергии, может удовлетворить установившиеся рабочие потребности, но он не обязательно сможет удовлетворить дополнительную пиковую потребность во время пуска. Следовательно, энергопотребляющие цепи, запитываемые от источника питания, могут никогда не достичь установившегося рабочего режима, поскольку источник питания не может удовлетворить дополнительную потребность во время пуска. Например, высокий начальный пусковой входной ток, проходящий через резистивную систему распределения энергии в электродвигатель, может давать низкое входное напряжение на двигателе, которое не позволит двигателю вращаться или достигать приемлемой скорости вращения.

Из патента США 5119014 на имя Кронберга (1992 г. ) известна система для последовательного добавления нагрузки. Эта система последовательно подает напряжение на множество нагрузок, которые типично используют больше энергии во время пуска, чем в установившемся рабочем режиме. Генератор пилообразного напряжения используется для обеспечения изменяющегося во времени сигнала на множество компараторов напряжений. Каждый компаратор включается в ответ на достижение сигналом заданной величины напряжения. Включение компаратора напряжений вызывает передачу мощности на избранную нагрузку, соответствующую данному компаратору напряжений. Таким образом, множество электродвигателей включается по порядку временных задержек. Но даже при этом данная система не может контролировать каждую нагрузку, чтобы установить, достигла ли она установившегося режима, прежде чем включать следующую нагрузку. Поэтому периоды задержки должны быть чрезмерно длительными, в противном случае преждевременное включение нагрузки возложит избыточную потребность на источник питания. Также следует упомянуть патент Германии 3346773, в котором описан способ управления мощностью на множестве нагрузок.

Существует потребность в интеллектуальной системе электроснабжения, которая бы облегчила последовательную нагрузку разных элементов цепи с минимальной задержкой и без предъявления избыточных требований к источнику питания во время пуска. Кроме того, существует потребность в интеллектуальной системе электроснабжения, которая могла бы снимать нагрузки с системы, когда имеющейся мощности недостаточно для обеспечения нагрузок рабочей величиной напряжения или тока.

В основе изобретения лежит задача решения вышесказанных проблем.

Поставленная задача решается тем, что система электроснабжения, имеющая цепь задержки пуска, используемую при распределении ограниченного электропитания по разным нагрузкам, содержащая цепь ввода мощности, средство для подачи мощности в цепь ввода мощности, средство получения мощности для получения мощности от цепи ввода мощности, содержащее первую нагрузку и вторую нагрузку, средство для определения амплитуды напряжения входной стороны, подаваемого в цепь ввода мощности, средство, реагирующее на определение амплитуды, для предотвращения передачи мощности с цепи ввода мощности на первую нагрузку, когда амплитуда подаваемого напряжения меньше первого порогового значения, и для разрешения передачи мощности в первую нагрузку, когда указанная амплитуда по меньшей мере равна первому пороговому значению, и средство для управления подачей мощности на вторую нагрузку, согласно изобретению содержит средство задержки, включающее в себя первый накопительный конденсатор, включенный параллельно первой нагрузке, и последовательную комбинацию из второго конденсатора и последовательного резистора, включенную параллельно первой нагрузке, компаратор напряжений для выдачи сигнала включения, когда напряжение но втором конденсаторе достигает второго порогового значения, причем сигнал включения указывает на наличие на первой нагрузке рабочего напряжения, достаточного для работы второй нагрузки, и средство для управления подачей мощности на вторую нагрузку, реагирующее на сигнал включения таким образом, что подача мощности на вторую нагрузку задерживается до тех пор, пока на первой нагрузке не возникает рабочее напряжение, достаточное для работы второй нагрузки.

В системе согласно изобретению средство задержки может содержать средство замыкания, реагирующее на прием сигнала включения, для замыкания переключателя, чтобы подключить вторую нагрузку как часть средства получения мощности.

В системе согласно изобретению первой нагрузкой может быть передатчик, имеющий цепь управляющей логики, а второй нагрузкой может быть измеритель Кориолиса.

В системе согласно изобретению средство замыкания может содержать логический элемент И, входы которого соединены с компаратором напряжений и цепью управляющей логики.

В системе согласно изобретению компаратор напряжений может содержать средство для сравнения напряжения на втором конденсаторе с напряжением, характеризующим рабочее состояние на средстве получения мощности, для выдачи сигнала отключения, свидетельствующего о нерабочем состоянии напряжения в средстве получения мощности.

В системе согласно изобретению средство задержки может содержать средство размыкания, реагирующее на прием сигнала отключения, для размыкания переключателя, чтобы отключить второю нагрузку.

В системе согласно изобретению первой нагрузкой может быть передатчик, имеющий цепь управляющей логики, а второй нагрузкой может быть измеритель Кориолиса.

В системе согласно изобретению средство размыкания может содержать логический элемент И, входы которого соединены с компаратором напряжений и цепью управляющей логики.

В системе согласно изобретению цепь ввода мощности может содержать силовой преобразователь постоянного тока в переменный трансформатор и выпрямитель, которые вместе образуют средство для изменения напряжения постоянного тока, полученного из источника питания.

Система согласно изобретению может содержать средство для прекращения передачи мощности от цепи ввода мощности в средство поручения мощности, когда напряжение в цепи ввода мощности падает ниже заданного уровня.

Такая система может идентифицировать существующие условия и определить, когда и с какой скоростью следует подавать мощность на конкретную нагрузку. Аналогичным образом предпочтительные варианты выполнения системы электроснабжения определяют, когда следует снять мощность с существующей нагрузки, и постоянно реагируют на эти условия, подавая и снимая мощность в зависимости от потребностей.

В широком смысле система электроснабжения содержит цепи управления пуском, которые используются для управления скоростью подачи мощности за счет распределения мощности на разные нагрузки по порядку малых пусковых событий, в отличие от одного пускового события, которое потребляет чрезмерную мощность. Такое последовательное или ступенчатое использование мощности для первой зарядки цепей перед нагрузкой множества цепей уменьшает пиковую потребность в мощности во время пуска. Последовательная зарядка перед нагрузкой автоматизирована за счет использования аналоговых схем, которые непосредственно контролируют рабочие условия напряжения в разных ветвях цепи.

В предпочтительном варианте выполнения система электроснабжения содержит силовой преобразователь, а цепь ввода мощности подает мощность в силовой преобразователь из источника питания по энергораспределительным проводам. Цепь использования мощности получает мощность от силового преобразователя. Цепь управления использованием контролирует выходное напряжение и рабочий режим передатчика и обеспечивает управление добавлением нагрузок. Цепь управления входной мощностью контролирует входное напряжение в силовом преобразователе и подает сигнал пуска с управляемой скоростью в силовой преобразователь, когда достигается заданный порог включения или рабочее входное напряжение. Силовой преобразователь содержит блок управления, который принимает этот сигнала и интерпретирует его для того, чтобы вызвать соответствующие действия в силовом преобразователе. Силовой преобразователь предотвращает передачу мощности в цепь использования мощности, если цепь управления входной мощностью обнаруживает низкое входное напряжение.

В случае наличия рабочего входного напряжения силовой преобразователь передает мощность в цепь использования мощности от цепи ввода мощности. Цепь использования мощности также получает мощность, переданную силовым преобразователем от цепи ввода мощности. Цепь использования мощности содержит первую нагрузку и вторую нагрузку, но вторая нагрузка изначально отсоединена от цепи использования мощности. Резистор, последовательно соединенный со вторым конденсатором, тормозит зарядку второго конденсатора по сравнению с первым конденсатором, а компаратор напряжений контролирует заряд на втором конденсаторе и выдает логический сигнал, показывающий, когда напряжение на втором конденсаторе достигает порогового уровня. После достижения порогового уровня этот логический сигнал суммируется с логическим сигналом, показыващим состояние остальной части системы. Если все условия являются рабочими, сигнал включения вызывает замыкание переключателя. Замыкание переключателя соединяет вторую нагрузку параллельно с первой нагрузкой.

В предпочтительном варианте компаратор напряжений продолжает контролировать напряжение в цепи использования мощности и выдает сигнал выключения, когда напряжение падает ниже порогового значения выключения, например до напряжения, которое недостаточно для удовлетворительной работы измерителя Кориолиса или передатчика сигнала. В ответ на прием сигнала выключения вторая нагрузка отсоединяется посредством размыкания переключателя.

Другие признаки, цели и преимущества изобретения будут понятны специалистам из следующего описания в совокупности с прилагаемыми чертежами.

Фиг. 1 изображает структурную схему предложенной системы электроснабжения, фиг. 2 - множество количественных временных зависимостей напряжения и тока во время пуска системы электроснабжения, изображенной на фиг. 1, фиг. 3 - алгоритм нормальной работы системы, изображенной на фиг. 1.

Подробное описание предпочтительного варианта выполнения На фиг. 1 изображена система электроснабжения 20. Основные компоненты системы 20 включают в себя цепь 21 ввода мощности, цепь 22 силового преобразователя, регулируемого обратной связью, цепь 24 управления входной мощностью, цепь 26 использования мощности и цепь 28 управления использованием.

Цепь 21 ввода мощности предпочтительно содержит источник 30 постоянного тока, имеющий положительный вывод 32 и отрицательный вывод 34. Между выводами 32 и 34 существует практически постоянное напряжение или разность потенциалов _S. Проводники 36 и 38 соответственно имеют собственные сопротивления 40 и 42 и являются энергораспределительными проводами, соединяющими источник питания 30 с силовым преобразователем 44. Силовой преобразователь 44 содержит обычный блок управления 46, который регулирует передачу мощности от силового преобразователя 44 в трансформатор 48. В предпочтительном варианте в качестве силового преобразователя 44 используется модель LT 1171, выпускаемая компанией Линеар Технолоджи (Linear Technology). Когда блок управления 46 принимает сигнал (например, сигнал обратной связи) на контакте 50, он регулирует передачу мощности, подаваемой силовым преобразователем 44, пропорционально этому сигналу. Чем больше сигнал на контакте 50, тем больше мощности подает силовой преобразователь 44 в трансформатор 48, а нулевой (например, заземляющий) сигнал напряжения на контакте 50 блокирует силовой преобразователь 44 от передачи любой мощности в трансформатор 48. Выходное напряжение 64 подается обратно по проводнику 84 в операционный усилитель 80 и вычитается им из эталонного напряжения 82 для формирования сигнала обратной связи на проводнике 86. В установившемся рабочем режиме сигнал обратной связи на проводнике 86 поступает на контакт 50 через резистор 87 и проводник 88. Трансформатор 48 содержит первичную обмотку 52 и вторичную обмотку 54. Выпрямитель 58 содержит четыре диода (например, диод 60), соединенных с обмоткой 54. Конденсатор 66 первичной стороны включен между проводниками 36 и 38 перед силовым преобразователем 44. Таким образом, схема 22 силового преобразователя получает мощность от источника питания 30 по проводникам 36 и 38, преобразует мощность из постоянного тока в переменный в силовом преобразователе 44, подает напряжение переменного тока на трансформатор 48 и выпрямляет переменный ток в постоянный в выпрямителе 58. Дополнительные элементы (не показаны) предпочтительно устанавливаются непосредственно после трансформатора 48 для дальнейшей обработки постоянного тока, если это необходимо. К таким дополнительным элементам могут относиться, например, фильтр и регулятор, предназначенные для выравнивания выходного сигнала выпрямителя 58.

Цепь 24 управления входной мощностью содержит компаратор 68 для блокировки пониженного напряжения, который соединен с проводником 36 через проводник 70 и с проводником 38 через проводник 72. Между проводниками 70 и 72 существует разность потенциалов, которая равна напряжению на конденсаторе 66 первичной стороны. Компаратор 68 для блокировки пониженного напряжения содержит переключатель 74, который нормально замкнут, но размыкается, когда разность потенциалов между проводниками 70 и 72 достигает порогового значения включения, например по меньшей мере 11 В. Компаратор 68 имеет большой гистерезис напряжения, который сохраняет переключатель 74 в разомкнутом состоянии до тех пор, пока напряжение между проводниками 70 и 72 не упадет ниже порогового значения выключения (например, 8 В), которое ниже порогового значения включения. В замкнутом положении переключатель 74 заземляет контакт 50 через проводники 78 и 88, вынуждая блок управления 46 прекратить передачу мощности через силовой преобразователь 44. Таким образом компаратор 68 для блокировки пониженного напряжения формирует средство для прекращения передачи мощности от цепи 21 ввода мощности к цепи 26 использования мощности, когда напряжение в цепи 21 ввода мощности падает ниже заданного уровня. Перед пуском переключатель 74 компаратора 68 для блокировки пониженного напряжения нормально находится в замкнутом состоянии. Следовательно, проводники 78 и 88 заземлены. Компаратор 68 для блокировки пониженного напряжения размыкает переключатель 74, когда напряжение между проводниками 70 и 72 достигает порового уровня включения. Ток от усилителя 80 заряжает конденсатор 90 через резистор 87. Экспоненциальная зарядка конденсатора 90 постепенно растет относительно земли по мере того, как он заряжается через резистор 87. Такая зарядка подает постоянно нарастающий сигнал на контакт 50 по проводнику 88 в блок управления 46, который регулирует силовой преобразователь 44 таким образом, что тот постепенно увеличивает передачу мощности в трансформатор 48, и далее в цепь 26 использования мощности. Это приводит к постепенному плавному увеличению мощности от нуля до рабочего установившегося режима, когда сигнал на контакте 50 определяется сигналом 86 обратной связи. Цепь 26 использования мощности содержит отрицательный проводник 92 и положительный проводник 94, соединенные параллельно с первым накопительным конденсатором 96, передатчиком 98 и расходомером Кориолиса 100. Передатчик 98 и измеритель Кориолиса 100 образуют первую и второю нагрузки соответственно и предпочтительно предназначены для совместного использования, например, передатчик 98 передает сигналы измерений, полученные из измерителя Кориолиса 100, в контроллер (не показан) или другое подобное устройство. Реле 101, содержащее переключатель 102 и катушку 103, может размыкаться, чтобы блокировать прохождение тока через измеритель Кориолиса 100 от цепи 26, или переключатель 102 может замыкаться для включения измерителя Кориолиса 100 в цепь 26. Измеритель Кориолиса 100 предпочтительно создает более высокую нагрузку на цепь 26, чем передатчик 98, т. е. во время пуска нагрузка на передатчик 98 является минимальной нагрузкой, а нагрузка, добавляемая измерителем Кориолиса 100, является максимальной нагрузкой. Как показано на фиг. 1, передатчик 98 и измеритель Кориолиса 100 имеют соответствующие активные нагрузки, но эти нагрузки чаще являются комплексными нагрузками, которые также имеют характеристики индуктивности и емкости сопротивления.

Цепь 28 управления использованием содержит компаратор 104 напряжений, логический элемент И 126 и управляющую логику 122, которые вместе решают, когда подавать или снимать вторую нагрузку. Компаратор 104 напряжений получает напряжение с проводников 92 и 94 по проводникам 106 и 108. Резистор 110 подсоединен последовательно с конденсатором 112. Проводник 114 соединяет конденсатор 112 с положительным проводником 94 через диод 116, который пропускает ток из конденсатора 112 в проводник 94, но не пропускает ток из проводника 94 по проводнику 114 в конденсатор 112. Диод 116 обеспечивает, чтобы после отсечки подачи мощности в цепь 26 использования мощности конденсатор 112 мог разрядиться за счет стока накопленного заряда в конденсатор 96 и нагрузку передатчика 98. Это важно, поскольку конденсатор 112 должен быть заряжен в момент пуска при напряжении, меньшем или равном напряжению конденсатора 96, чтобы его уровень заряда отставал от уровня заряда конденсатора 96. Проблема, которую должно решить изобретение, заключается в том, чтобы задержать подачу мощности на вторую нагрузку (измеритель Кориолиса 100) до того времени, пока напряжение на первой нагрузке (и конденсаторе 96) будет достаточным для работы второй нагрузки. Конденсатор 96, резистор 110 и конденсатор 112 действуют как средство задержки, гарантирующее, что измеритель Кориолиса 100 не включится до тех пор, пока не будет достаточно мощности для его работы. Компаратор 104 напряжений определяет, когда напряжение от проводников 106 и 108 достигает величины, достаточной для работы измерителя Кориолиса 100. Затем компаратор напряжений 104 подает сигнал включения на проводник 118 в цепь 122 управляющей логики. Цепь 122 управляющей логики предпочтительно является неотъемлемой частью передатчика 98, но на фиг. 1 изображена как отдельный элемент. Проводник 124 соединяет цепь 122 управляющей логики с элементом И 126. Выход элемента И 126 соединен с переключателем 102 через проводник 128 и имеет логическую таблицу (см. в конце описание).

Таким образом, сигнал включения, представляющий лог. "1", подается с выхода компаратора 104 напряжений в элемент И 126 по проводникам 118 и 120. Этот сигнал также подается в цепь управляющей логики 122 по проводнику 118. Цепь управляющей логики 122 также принимает информацию 121 о состоянии передатчика. Информация 121 о состоянии передатчика может фактически содержать множество логических вводов, указывающих состояние разных компонентов цепи 26 использования мощности, выработанных передатчиком 98. Например, передатчик 98 может после завершения диагностических процедур подать сигнал в цепь управляющей логики 122 по информации 121 о состоянии передатчика, указывающий, что измеритель Кориолиса 100 не должен запитываться. Если от компаратора 104 напряжений по проводнику 118 подается лог. "1", а информация 121 о состоянии передатчика указывает на отсутствие проблем, то цепь управляющей логики 122 подает лог. "1" по проводнику 124, в результате чего две лог. "1" поступают на входные проводники 120 и 124. При этом включается элемент И 126 и подает напряжение включения, представляющее лог. "1", в проводник 128. Это напряжение включения поступает на реле 101 и замыкает переключатель 102. Аналогично, элемент И 126 генерирует лог. "0" (т. е. сигнал выключения) для размыкания переключателя 102, если какой-то из входных проводников 120 или 124 не подает на логический элемент И 126 сигналы, представляющие лог. "1".

На фиг. 2 показаны примерные временные зависимости, которые имеют место во время пуска системы 20 между входным током (I_I) на входе силового преобразователя 44 через проводник 36, входным напряжением (V_I) на входе силового преобразователя 44 между проводниками 36 и 38, и выходным напряжением (V₀) в цепи 26 использования мощности между проводниками 94 и 92. На фиг. 3 показан алгоритм, описывающий работу системы 20. В дальнейшем описывается работа системы 20 в контексте временных зависимостей, показанных на фиг. 2, которые являются результатом взаимодействия компонентов системы, показанной на фиг. 1.

Как показано на фиг. 2 и 3, на этапе Р200 (t<t) система электроснабжения 20 вначале находится в автономном режиме. В этом состоянии системе 20 требуется зарядка, потому что она была отсоединена от источника питания, или потому что она еще не была к нему подсоединена. Отсоединение и подсоединение источника питания 30 предпочтительно должно производиться ручным переключателем (не показан), предусмотренным на силовом преобразователе 44 или источнике питания 30. В этом автономном режиме переключатель 74 нормально замкнут. Цепь 26 использования мощности находится в нерабочем состоянии, так как проводник 88 подает лог. "0" на контакт 50 в силу его соединения с землей через переключатель 74. Любой заряд в конденсаторе 90 был выведен через проводник 78 и переключатель 74. На этой стадии переключатель 102 нормально разомкнут, в результате чего измеритель Кориолиса 100 отсоединен от цепи использования мощности.

На этапе Р202 (t₀<t) мощность начинает подаваться в систему 20 от источника питания 30 в момент времени t₀(см. фиг. 2). Компаратор 68 для блокировки недостаточного напряжения удерживает переключатель 74 в замкнутом положении, пока конденсатор 66 первичной стороны заряжается, до тех пор, пока не будет достигнуто рабочее напряжение в проводниках 70 и 72 в момент времени t₁.

На этапе Р204 (t= t₁) компаратор 68 блокировки размыкает переключатель 74 в момент t₁, вследствие того, что он определил, что напряжение между проводниками 70 и 72 равно или выше заданного порогового уровня или величины включения. Этот заданный порог напряжения выбирается таким, чтобы обеспечить подачу рабочего входного напряжения (V_I) в инвертор 44. Размыкание переключателя 74 разрывает соединение с землей 76 в цепи 24 управления напряжением.

На этапе Р206 [t₁<t) выходное напряжение (V₀) постепенно возрастает по мере того, как мощность передается в цепь 26 использования мощности. Операционный усилитель 80 вычитает напряжение 84 обратной связи из источника 82 эталонного напряжения и вырабатывает напряжение 86 обратной связи, так как цепь 26 использования мощности в этот момент не имеет напряжения. Ток от операционного усилителя 80 постепенно заряжает конденсатор 90 через резистор 87 и проводник 88. Напряжение конденсатора 90 передается на контакт 50 по проводнику 88 и постепенно возрастающее напряжение подается в блок управления 46. Блок управления 46 побуждает силовой преобразователь 44 постепенно передавать все больше мощности от источника питания 30 по проводникам 36 и 38 в трансформатор 48. Силовой преобразователь 44 преобразует постоянный ток в проводниках 36 и 38 в переменный. Трансформатор 48 преобразует напряжение в рабочий уровень для использования цепью 26 использования мощности. Выпрямитель 58 преобразует переменный ток в постоянный. Постепенное увеличение мощности через силовой преобразователь 44 приводит к постепенному увеличению входного тока (I_I). Постепенно возрастающий входной ток (I_I) подается в силовой преобразователь 44 с выхода 32 источника питания 30 с постоянным напряжением через энергораспределительный резистор 40 и проводник 36 в силовой преобразователь 44. Аналогично, такой же постепенно возрастающий входной ток (I_I) возвращается из силового преобразователя 44 через проводник 38 и энергораспределительный резистор 42 на вывод 34 источника питания 30. Входной ток (I_I) вызывает снижение постоянно возрастающего напряжения на энергораспределительных резисторах 40 и 42, что приводит к соответствующему снижению входного напряжения (V_I) между проводниками 36 и 38. Во время этапа Р206 накопительный конденсатор 96 начинает заряжаться и подает возрастающее выходное напряжение (V) в передатчик 98 цепи 26 использования мощности.

В момент t= t₂ зарядка первого накопительного конденсатора 96 закончена. Зарядка второго конденсатора 112 в цепи 28 управления использованием частично закончена. Переключатель 102 остается разомкнутым, изолируя тем самым измеритель Кориолиса 100 от цепи 26 использования мощности. Первый накопительный конденсатор 96 и передатчик 98 получают мощность от проводников 92 и 94. Второй конденсатор 112 получает мощность от проводников 106 и 108. Когда конденсаторы 96 и 112 имеют равную емкость, первый накопительный конденсатор 96 заряжается первым, так как полная зарядка второго конденсатора задерживается из-за наличия последовательного резистора 110, величина которого гарантирует соответствующую задержку. После того как управляемое увеличение входной мощности конденсатором 90 закончено, выходное напряжение (V) поддерживается постоянным за счет регулируемого обратной связью силового преобразователя 22, который формирует сигнал на контакте 50, чтобы побудить блок управления 46 регулировать передачу мощности силового преобразователя 44 в трансформатор 48.

На этапе Р208 (t₂<t) продолжается процесс зарядки второго конденсатора 112 и входной ток (I_I) слегка уменьшается, так как потребность во входной мощности для зарядки накопительных элементов снизилась, поскольку конденсатор 96 заряжен. Уменьшение входного тока (I_I) приводит к незначительному увеличению входного напряжения (V_I).

На этапе Р210 (t= t₃) компаратор 104 напряжений определяет в момент t₃, что разность напряжений между проводниками 106 и 108 и на втором конденсаторе 112 достаточна, чтобы привести в действие измеритель Кориолиса 100, т. е. в цепи 26 использования мощности (при разомкнутом переключателе 102) выработано напряжение, имеющее заданное пороговое значение. Компаратор 104 напряжений, соответственно, в момент t₃ подает сигнал напряжения, представляющий лог. "1", в элемент И 126 и цепь управляющей логики 122 по проводникам 118 и 120. Но логический элемент И 126 не может замкнуть переключатель 102 до тех пор, пока не будет принята соответствующая лог. "1" из цепи управляющей логики 122 по проводнику 124.

На этапе Р212 (t₃<t) потребность в мощности постоянная, так как вся накопительная емкость заряжена и нагрузка постоянная. Таким образом, в V_I, и I_I имеется плато в интервале от t₃ до t₄, пока цепь управляющей логики 122 определяет из информации 121 состояния передатчика, что все условия удовлетворительны для пуска измерителя Кориолиса 100. Задержка в интервале от t₃ до t₄ может, например, позволить передатчику 98 выполнить алгоритмы самодиагностики или разогреть внутренние компоненты до рабочих температур. Альтернативно, интервал плато от t₃ до t₄ может быть исключен.

На этапе Р214 (t₄<t) цепь управляющей логики 122 подает лог. "1" в проводник 124 в момент t= t₄. Следовательно, элемент И 126 подает выходное напряжение, которое замыкает переключатель 102. Цепь 26 использования мощности в этот момент перестраивается для включения комплексной нагрузки измерителя Кориолиса 100. Измеритель Кориолиса 100 потребляет мощность, как только он начинает работать. Измеритель Кориолиса 100 содержит внутренний генератор с трубками (не показан), действующий приблизительно как электродвигатель, т. е. с высокой начальной потребностью во входном токе (I_I) в период от t₄ до t₅, что вызывает соответствующее падение напряжений V_I.

В период от t₅ до t₆ генератор набирает оптимальную частоту и амплитуду, и потребность во входном токе (I_I) снижается с соответствующим увеличением входного напряжения (V_I). Система 20 работает в практически стабильном режиме в период от t₆ до t₇ (этап Р220).

На этапе Р216 компаратор 104 напряжений непрерывно контролирует напряжение на втором конденсаторе 112, чтобы определить, не упало ли напряжение ниже ограничительного значения. Это ограничительное значение предпочтительно на тридцать процентов ниже порогового значения, которое вынуждает компаратор 104 напряжений передавать сигнал, замыкающий переключатель 102, но это напряжение все еще допустимо для работы передатчика 98 и измерителя Кориолиса 100. Если на этапе Р216 напряжение падает ниже этого ограничительного значения, то выполняется этап Р222, в противном случае выполняется этап Р218.

На этапе Р222 компаратор 104 напряжений изменяет свой выходной сигнал по проводникам 118 и 120, отражая лог. "0". Таким образом, размыкается переключатель 102, чтобы снять нагрузку, соответствующую измерителю Кориолиса 100, с цепи 26 использования мощности. При этом аналоговые схемы системы 20 приходят практически в такое же состояние, которое было на этапе Р208, при котором конденсатор 112 заряжается, чтобы обусловить замыкание переключателя 102.

На этапе Р218 компаратор 68 для блокировки недостаточного напряжения постоянно контролирует входное напряжение (V_I) между проводниками 36 и 38, чтобы определить, не упадало ли оно ниже порогового значения выключения. Это пороговое значение выключения предпочтительно значительно ниже порогового значения включения, которое вынуждает компаратор 68 для блокировки недостаточного напряжения разомкнуть переключатель 74 и инициировать пуск, но тем не менее оно приемлемо для работы передатчика 98. Если на этапе Р218 напряжение падает ниже этого порогового значения выключения, то выполняется этап Р224, в противном случае система остается в устойчивом режиме этапа Р220.

На этапе Р224 компаратор 68 для блокировки недостаточного напряжения замыкает переключатель 74, который заземляет (например, зануляет) контакт 50 по проводникам 88. Сигнал земли принимается блоком управления 46, который вынуждает инвертор 44 остановить передачу мощности в трансформатор 48. Замкнутый переключатель 74 также заземляет конденсатор 90 по проводнику 78, который разряжает конденсатор 90. Аналоговые схемы системы 20 при этом приходят практически в такое же состояние, которое имело место на этапе Р202, с входным напряжением (V_I) ниже напряжения, приемлемого для работы передатчика 98.

Для ясности этапы Р216 и Р218 показаны на фиг. 3 как последовательные события, но они фактически контролируются непрерывно и могут вызывать последующие этапы Р222 и Р224, соответственно, в любое время. Этапы Р218 и Р224 будут шунтировать все этапы после приложения мощности (Р200).

Иногда требуется, чтобы цепь 22 инвертора работала с дополнительными нагрузками. В данном изобретении предусмотрена возможность, например, третьей нагрузки (не показана), которая может быть подсоединена параллельно с передатчиком 98 и измерителем Кориолиса 100. В этом случае цепь 28 управления использованием дублируется для третьей нагрузки. Эта дублированная цепь использования нагрузки идентична цепи 28, за исключением того, что переключатель 102 в дублированной цепи управляет прохождением тока через третью нагрузку. Кроме того, резистор 110 в дублированной цепи имеет большее сопротивление, чем резистор 110 в цепи 28. Дополнительные комплексные нагрузки, например нагрузка 130, могут также быть подсоединены для отвода мощности от цепи 22 инвертора по трактам 132 и 134. Этот отвод мощности (особенно во время запуска нагрузки 130) вызывает соответствующее падение входного напряжения (V_I) между проводниками 36 и 38. Если входное напряжение (V_I) остается выше порогового значения выключения для компаратора 68 блокировки недостаточного напряжения, то работа не изменяется. Если же входное напряжение (V_I) падает ниже порогового значения выключения для компаратора 68 блокировки недостаточного напряжения, то аналоговые схемы системы 20 приходят практически в такое же состояние, которое имело место на этапе Р224. Это приводит к этапу Р202 с входным напряжением (V_I) ниже напряжения, приемлемого для работы передатчика 98.

Работа системы 20 электроснабжения отличается от работы известных систем, не имеющих цепи 28 использования мощности. В известных системах отсутствуют все элементы цепи 28 управления использованием от проводников 121, 106, 108 и 114 до реле 101. Переключатель 102, если он предусмотрен, всегда замкнут. Как упоминалось ранее, измеритель Кориолиса 100 содержит генератор колебаний, который вызывает колебания двух трубок. Это генератор аналогичен электродвигателю в том, что он потребляет очень высокий исходный сверхток, но затем ток стабилизируется на более низком уровне после достижения генератором рабочей частоты и амплитуды колебаний. Колебание трубок Вентури в измерителе Кориолиса 100 является существенным признаком измерительной операции. Высокая требовательность в мощности во время пуска измерителя Кориолиса 100 вызывает равную потребность в мощности на входах силового преобразователя 44. Возросшая потребность в мощности вызывает повышение входного тока (I_I) и то, что входной ток идет в силовой преобразователь 44 с вывода 32 источника питания 30 с постоянным напряжением и проходит через энергораспределительный резистор 40 и проводник 36 в силовой преобразователь 44. Аналогично тот же возросший входной ток (I_I) возвращается из силового преобразователя 44 через проводник 38 и энергораспределительный резистор 42 в вывод 34 источника питания 30. Возрастающий входной ток (I_I) вызывает увеличение падения напряжения на электрораспределительных резисторах 40 и 42, что приводит к соответствующему снижению входного напряжения (V_I) между проводниками 36 и 38. Это падение напряжения, вызванное высоким входным током (I_I), иногда создает ситуацию, при которой в силовом преобразователе 44 имеют место недостаточное входное напряжение (V_I) и входной ток (I_I), чтобы обеспечить мощность, необходимую измерителю 100 для вывода генератора на его номинальную рабочую частоту и амплитуду колебаний. Следовательно, конденсатор 96 никогда не заряжается полностью до рабочего напряжения для передатчика 94 и измерителя Кориолиса 100.

Специалистам будет понятно, что в предпочтительные варианты могут быть внесены модификации, не выходящие за рамки объема притязаний изобретения. Поэтому авторы изобретения намерены защищать полный объем своих прав на основании теории эквивалентов.

Формула изобретения

1. Система электроснабжения 20, имеющая цепь задержки пуска, для использования при распределении ограниченного электропитания по разным нагрузкам, содержащая цепь 21 ввода мощности, средство для подачи мощности в цепь ввода мощности, цепь 26 использования мощности для получения мощности от цепи 21 ввода мощности, содержащая первую нагрузку 98 и вторую нагрузку 100, средство определения амплитуды напряжения входной стороны, подаваемого в цепь ввода мощности, средство, реагирующее на определение амплитуды, для предотвращения передачи мощности от цепи 21 ввода мощности на первую нагрузку 98, когда амплитуда подаваемого напряжения меньше первого порогового значения, и для разрешения передачи мощности в первую нагрузку 98, когда указанная амплитуда, по меньшей мере, равна первому пороговому значению, и средство управления подачей мощности на вторую нагрузку 100, отличающаяся тем, что содержит средство 96, 110, 112 задержки, включающее в себя первый накопительный конденсатор 96, включенный параллельно первой нагрузке 98, и последовательную комбинацию из второго конденсатора 112 и последовательного резистора 110, включенную параллельно первой нагрузке 98, компаратор напряжения 104 для выдачи сигнала включения, когда напряжение на втором конденсаторе 112 достигает второго порогового значения, причем сигнал включения указывает на наличие на первой нагрузке 98 рабочего напряжения, достаточного для работы второй нагрузки 100, и средство для управления подачей мощности на вторую нагрузку, реагирующее на сигнал включения таким образом, что подача мощности на вторую нагрузку 100 задерживается до тех пор, пока на первой нагрузке 98 не возникает рабочее напряжение, достаточное для работы второй нагрузи 100.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что средство задержки содержит средство замыкания, реагирующее на прием сигнала включения, для замыкания переключателя с целью подключения второй нагрузки как части цепи использования мощности.

3. Система по п. 2, отличающаяся тем, что первой нагрузкой является передатчик, а второй нагрузкой является измеритель Кориолиса.

4. Система по п. 3, отличающаяся тем, что средство замыкания содержит логический элемент И 126, входы которого соединены с компаратором напряжений и цепью 122 управляющей логики для управления логическим элементом И 126.

5. Система по п. 1, отличающаяся тем, что компаратор напряжений содержит средство для сравнения напряжения на втором конденсаторе с напряжением, характеризующим рабочее состояние в цепи использования мощности, для подачи сигнала отключения, показывающего нерабочее состояние напряжения в цепи использования мощности.

6. Система по п. 5, отличающаяся тем, что средство задержки содержит средство размыкания, реагирующее на прием сигнала отключения, для размыкания переключателя с целью отключения второй нагрузки.

7. Система по п. 6, отличающаяся тем, что первой нагрузкой является передатчик, а второй нагрузкой является измеритель Кориолиса.

8. Система по п. 7, отличающаяся тем, что средство размыкания содержит логический элемент И 126, входы которого соединены с компаратором напряжений и цепью 122 управляющей логики для управления логическим элементом И 126.

9. Система по п. 1, отличающаяся тем, что цепь ввода мощности содержит силовой преобразователь 44 постоянного тока в переменный, трансформатор 48 и выпрямитель 58, образующие вместе средство для изменения напряжения постоянного тока, полученного из источника питания.

10. Система по п. 7, отличающаяся тем, что содержит средство для прекращения передачи мощности от цепи ввода мощности в цепь использования мощности, когда напряжение в цепи ввода мощности падает ниже заданного уровня.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4