Способ контроля отклонения напряжения сети

 

СПИ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< ц 548812

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 14.08.72 (21) 1819213/24 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 28.02.77. Бюллетень ЛЪ 8

Дата опубликования описания 28.07.77 (51) М. Кл.- б 01 17/02

Гасударственный комитет

Совета Министров СССР

Ао делам иаооретений и открытии (53) УДК 681.325(088.8) (72) Авторы изобретения

В. Н. Гусаров, В. Г. Пекелис и М. В. Сафьян (71) Заявитель (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ОТКЛОНЕНИЯ

НАПРЯЖЕНИЯ СЕТИ

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 на 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 изооретения — сокращение времени обнаружения отклонения напряжения сети.

Это достигается тем, что напряжение сети выпрямляют с числом тактов, большим числа тактов выпрямленпя на выпрямителях нагрузки, стабилизируют на максимально возможном уровне, после чего проводят сравнение.

Основой способа является выбор наиболее эффективного принципа выпрямления напряжения сети.

При трехфазной питающей сети и трехфаз10 ных выпрямителях нагрузки недопустимо в устройствах, реализующих данный способ, использовать однофазное выпрямление, которое обязательно требует применения сглаживающих фильтров, что приводит к медленной ре15 акции на аварийное отклонение напряжения сети.

Рассмотрим следующий пример.

Пусть имеется источник питания с выход20 ным напряжением U=5 в и током I нагрузки

60 а. Определим величину емкости конденсатора выходного фильтра, обеспечивающую снижение выходного напряжения на 10% от номинального за время At= 10 мсек.

25 Очевидно

60 10 10 3

С = О,1 и О,1 5 .— 1,2 ф, что практически не представляется реальным

ЗО для выполнения.

548812

25

Из приведенного примера видно, что основное направление в обеспечении 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 источнико питания в допустимых пределах.

Приведенный пример показывает неэффективность применения однофазных выпрямителей со сглаживающими фильтрами для источников питания с низкими уровнями выходного напряжения 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 напряжения выпрямителя начинает отличаться от кривой, соответствующей неаварийЗо

65 ному состоянию питающей сети. Анализ показывает, что расчетное время Мр определяется следующим образом:

Л/ . 0, fn где f, — частота пульсации выпрямленного напряжения;

1 — число фаз, одновременно используемых при формировании кривой выходного напряжения; и — число аварийно пропадающих (снижающихся) фаз.

Величина Л1р, характеризующая выпрямление, осуществляемое при предложенном способе, должна быть не болыпе, чем для любого выпрямителя нагрузки.

В таблице приведены величины Л1р для различных трехфазных схем выпрямления.

Примеры вычисления величины Л1р. для схемы 2 (4= 150 гц, 1=2) при пропадании напряжения одной фазы (и=1) имеем

Мр — — 6,6 10- сек, 4 — 2 — 1

150 а при пропадании двух фаз (и=2) =О.

4 — 2 — 2

150

Используя таблицу значений Л1р 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 чувствитель548812 одной фазы

6,6

13,3

6,6

3,3

l -2

6,6

3,3

Е=З

6,6

Число периодов выпрямления

Однополупериодная

Двухполупериодная

Номер схемы

Вид схемы выпря мления

Схема

Ларионова

Схема

Ларионова

Схема

Ларионова л л со средней точкой и нулем l=1 со средней точкой и нулем l=2

М для различных аварийнык режимов (10 з сек) при пропадании двух фаз трек фаз

548812 ности схемы, шунтируя резистор 28 на частоте пульсации. Диод 14 является термостабплизатором выходного напряжения. Конденсатор 23 создает задержку работы схемы примерно на

60 — 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.

Прп номинальном напряжении сети напряжения на эмиттере транзистора 7 больше напряжения на его базе. Транзистор 7 закрыт, следовательно, закрыт и транзистор 5. В случае аварийного снижения напряжения сети повышаются пульсации на выходе стабилизатора. При этом напряжение на эмиттере транзистора 7 становится ниже напряжения на его оазе 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 ца эмиттере транзистора 3 скачком увеличивается, он отпирается. Транзистор 4 также отпирается, а транзистор 6 запирается.

В результате ток резистора 45, протекавший до этого через транзистор 6, начинает проходить через стабплитрон 20, формируя аварийный сигнал.

Испытания показали, что максимальная длительность задержки между моментом начала отклонения напряжения сети и моментом выдачи аварийного сигнала не превышает

80 10 — сек, что намного меньше длительности задержки прп обнару кении отклонения напряжения сети с использованием известно10 го способа.

Формула изобретения

Способ контроля отклонения напряжения сети, заключающийся в сравнении выпрямленного напряжения с эталонным, о тл и ч а ю|ц и и с я тем, что, с целью сокращения време20 ни обнаружения отклонения напряжения сети, напряжение сети выпрямляют с числом тактов, большим числа тактов выпрямления на выпрямителях нагрузки, стабилизируют на максимально возможном уровне, после чего

25 производят сравнение.

Источники информации, принятые во внимание прп экспертизе:

1. Щербаков О. К. Электропитание электронных вычислительных машин. Сборник «Вы:30 числительная техника и ее применение». Под ред. С. Л. Лебедева. М.--Л., Госэпергоиздат, 1959, с. 27 — 32.

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

548812

Составитель T. Арешев

Редактор И. Грузова Техред Л. Гладкова Корректор Е Хмелева

Заказ 1898/1 Изд. М заз Тираж 1109 Педписиое

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 5Ê-35, Раушская наб., д 4/5

Типография, ир. Сапунова, 2