CS215989B1 - Zapojení pro rychlou identifikaci výpadku napájecího střídavého napětí - Google Patents

Abstract

Zapojení pro rychlou identifikaci výpadku napájecího střídavého napětí se dá použít tam, kde z provozních důvodů záleží na tom, aby elektrická zařízení byla stále pod napětím. Zapojení umožňuje nasazení záložního zdroje s časovou minimální prodlevou. Je odstraněna možnost vzájemného propojeni obou zdrojů napětí. Při výpadku střídavého napětí na svorkách zátěže dojde k vyhodnocení výpadku a tento okamžik je signálem k zablokováni spínacího prvku sítě a druhým spínacím prvkem je k zátěži připojen zálohový zdroj. Vynález se dá využít ve všech případech, kdy je nutné zajistit nepřetržité napájení.

Description

Vynález se týká zapojení pro rychlou identifikaci výpadku napájecího střídavého napětí, zejména pro jeho okamžité nahrazení zálohovým zdrojem.

Je obecně znám způsob zapínání náhradního záskokového napájecího zdroje při výpadku napájecí sítě. Ve většině případů jde o běžné nebo i bezkontaktní zapínání zálohových energetických zdrojů, kdy příslušné Sasové prodlevy mezi vyřazením základního napájecího zdroje a nasazením zálohového zdroje nejsou vždy rozhodující, i když jsou běžně velmi malé.

Při přepínání zdrojů energetického charakteru kontaktními přístroji jde o velké setrvačné hmoty, způsobující prodlevu v obnovení napájeni až 20-30 ms, přičemž je často nutná vazba přes pomocný kontakt.

V případě přepínání bezkontaktními součástkami, například polovodičovým spínačem, lze sice přepínat i bez časové prodlevy, avšak může nastat vzájemné propojení obou zdrojů s následnou poruchou zálohového zdroje, nebot základní napájecí zdroj představuje parazitní zátěž, kdy v sepnutém stavu musí být na oba tyristory přiváděny trvale spouštěcí impulsy vzhledem k tomu, že pro zátěž nikdy neplatí cos <P = 1. Jestliže dále porucha nekoresponduje s průchodem napětí základního napájecího zdroje nulou, může nastat situace, že buá se oba zdroje propojí, nebo nastane časová prodleva v nasazení zálohového zdroje až 10 ms, což je v speciálních případech neúnosné. U dosavadních zapojení nebývá vyhodnocován průběh základního napájecího napětí, nýbrž odběr měniče, tj. diference mezi sítí a výstupem měniče, takže vyhodnocované zařízení působí pouze v případě činné funkce měniče.

Všechna známá zapojení, at z hlediska principiálního přístupu řešení problematiky výpadku napájecího střídavého zdroje, resp. způsobu přepínání zdrojů energetického charakteru, nebo řešení alespoň obvodu vyhodnocovacího členu přepínací soustavy, uplatňují se spíše v podmínkách méně náročných na délku prodlevy výpadku napájecího zdroje.

Uvedené nevýhody v podstatě odstraňuje zapojení pro rychlou identifikaci výpadku napájecího střídavého napětí podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že střídavý napájecí zdroj je zapojen na druhý monostabilní obvod přes dvojcestný usměrňovač, první tvarovací obvod, derivační obvod, druhý tvarovací obvod a první monostabilní obvod. Na vstup součinového obvodu jsou zapojeny dvoucestný usměrňovač, první tvarovací obvod a druhý monostabilní obvod. Výstup součinového obvodu je zapojen na pamětový obvod, jehož výstupy jsou výstupy celého zapojeni.

Zapojení podle vynálezu umožňuje soustavně sledovat, resp. zajišťovat přítomnost střídavého napětí na zátěži, přesně vyhodnocovat okamžik výpadku základního napájecího napětí a uskutečnit okamžité připnutí zálohového, popřípadě nadbytečného - redundantního zdroje střídavého napětí s prodlevou ne větší než 2 ms.

Při takovéto realizaci střídačových napájecích systémů je zcela nutné řešit problematiku soustavné identifikace přítomnosti napájecího střídavého napětí na svorkách zátěže.

Včasné vyhodnocení poruchy napájecího zdroje na svorkách zátěže je základním předpokladem možnosti okamžitého připnutí zdroje náhradního a tím minimalizovat dobu, po kterou je zátěž při poruše bez napájení.

Na připojených výkresech je na obr. 1 blokové schéma zapojeni, na obr. ho zařízeni a na obr. 3, 4 a 5 průběhy jednotlivých signálů.

sestava celéSestava celého zařízení je schematicky zobrazena na obr. 2 a vyznačuje se zařazením zapojení podle vynálezu - identifikačního obvodu 10, jehož jednotlivé části jsou řešeny pro speciální funkce za účelem dosažení nepřetržitého sledu period napájecího napětí na zátěži spotřebiče v případě výpadku základního napájecího zdroje a jeho nahrazení zdrojem zálohovým.

V uváděném uspořádáni je zátěž spotřebiče Z připojena svými svorkami 3-3* na výstupní svorky 1-1’ základního napájecího zdroje El spínacím prvkem SI a v případě výpadku zdroje E1 připojena na výstupní svorky 2-2* zdroje E2 spínacím prvkem S2. Oba spínací prvky SI a S2 jsou ovládány identifikačním obvodem 10.

Zapojení pro rychlou identifikaci výpadku napájecího napětí 10, tj. identifikační obvod, je zapojeno svými výstupy £ a 2 ^na spínací prvky SI a S2 a je opatřeno vstupy 6 a 2 pro zdroje E1 a E2.

Funkce zapojení je uvažována v základní situaci, kdy zátěž je napájena ze zdroje E£ přes otevřený spínací prvek SI. V tom případě je spínací prvek S2 vypnut, takže zdroj E2 pracuje naprázdno. Oba zdroje El a E2 pracují synchronně.

Při výpadku střídavého napětí na svorkách zátěže 3-3* a tím i na výstupu 1-1' v čase t, podle obr. 3 dojde k vyhodnocení výpadku napětí na zátěži Z v čase tg. V tom okamžiku je signálem U4 blokován spínací prvek SI' a spínacím prvkem S2 je k zátěži připojen zálohový zdroj 132. Přechod na napájení zátěže ze zdroje E2 se tedy uskuteční s prodlevou T_p = t₂ - t₁, která pro speciální případy musí být menší než 2 ms - 0,1 periody.

Průběhy napětí zdroje El a E2 je označeno Ul1' a U22*. Napětí na svorkách zátěže je U33 *. Průběh povelového signálu pro spínač SI je označen U4 a pro spínač S2 jako U5.

Na obr. 1 je uvedeno schéma zapojení pro rychlou identifikaci výpadku napájecího střídavého napětí,10. Na vstupy 6 a 2 jsou zapojeny jednotlivé zdroje El a E2. a to přímo na dvoucestný usměrňovač 11. Sále jsou zapojeny do série první tvarovací obvod 12. derivační obvod £2, druhý tvarovací obvod 14. první monostabilní obvod £2, druhý monostabilní obvod 16. součinový obvod 17 a paměťový obvod £8. Na součinový obvod je dále zapojen výstup dvoucestného usměrňovače 11 a prvního tvarovacího obvodu £2. Výstupy £ a 2 pamětového obvodu £8 jsou i výstupy celého zapojení.

Na obr. 4 jsou znázorněny jednotlivé průběhy signálů mimo pásmo necitlivosti.

Dvojcestný usměrňovač 11 usměrňuje střídavé napětí zdroje E1 s periodou 2To na průběh Ul1. Tento průběh napětí je zpracováván komparačně prvním tvarovačím obvodem £2 na průběh Ul2. Ten je derivován derivačním obvodem 13 na průběh Ul3 a dále tvarován druhým tvarovacím obvodem 14 na průběh U14. Tím je dosaženo stavu, kdy náběžná hrana impulsů napětí U14 odpovídá s vysokou přesností okamžiku průchodu křivky základního napětí nulovou úrovní.

Jmenovanou náběžnou hranou je spouštěn první monostabilní klopný obvod 15 se signálem U15 s dobou kmitů T3. která je menší než půlperioda To sledovaného základního signálu. Odpadovou hranou impulsů signálu Ul5 je spouštěn druhý monostabilní klopný obvod 16 a s dobou kmitů T4. Vyvolaný signál U16 je přiveden do součinového obvodu 17 se signálem U17. kde je prováděn logický součin signálů Ul2 a U16. Tím je definován časový interval, dále nazývaný pásmo necitlivosti, ve kterém smí křivka napětí procházet nulovou úrovní.

V případě, že křivka základního napájecího napětí prochází nulou mimo pásmo necitlivosti, je na výstupu součinového obvodu 17 generován impuls, který je zaznamenáván paměťovým obvodem £8, jehož signál U18 mění logickou úroveň výstupního napětí U18 paměťového obvodu 18. Signál Ul8 se tak stává ovládacím signálem pro spínací prvek SI a jeho negace je ovládacím signálem pro spínací prvek S2. pokud je identifikační obvod 10 aplikován v základním provedení podle obr. 2. V této situaci se prodleva Tp v napájení zátěže, vyjádřená na obr. 3, blíží nule.

Jiná situace nastává, dojde-li k výpadku napětí na zátěži v okamžiku, který spadádo časového intervalu pásma necitlivosti; příslušný průběh je znázorněn na obr. 5. V tomto případě dojde k vyhodnocení výpadku základního napájecího napětí až v okamžiku, kdy končí pásmo necitlivosti, čímž nastává zpoždění ve vyhodnocení výpadku napětí o jistou dobu át.

Z obr. 5 vyplývá, že prodleva v napájení zátěže může být nejvýše rovna hodnotě kmitů T£ (Tp < T4).

Ježto je časový interval Tp symetrický vzhledem k okamžiku předpokládaného průchodu křivek základního napětí nulovou úrovní, kdy je ze zdroje do zátěže dodáváno minimum energie, je možnost ohrožení provozu zátěže i při tomto charakteru poruchy minimální. Přitom dobu prodlevy Tp je možno určit z konstanty T4 a tu lze zvolit dostatečně malou v závislosti na těchto faktorech:

a) toleranci kmitočtu výstupních napětí zdrojů,

b) teplotních nestabilitách doby kmitů monostabilních klopných obvodů,

c) toleranci fázových poměrů křivky napětí způsobených změnami zátěže.

Konkrétní využití vynálezu je při konstrukci měničů pro nepřetržité napájení (tj. záskokové zdroje). Tyto měniče jsou zálohovány sítí a je nutno zajistit dostatečně rychle přepnutí na eíí při poruše střídačů. Toto zapojení odpovídá obr. 2, kdy zdroj El představuje střídač a zdroj E2 sil.

Jiný příklad je vzájemné zálohování dvou střídačů v synchronním provozu. Zdroj El a E2 pak představuje střídač.

Další alternativu představuje řešení v praxi často nazývané horká rezerva. Zde sít představuje základní zdroj El a střídač rezervní zdroj E2.

Claims (1)

1. Zapojení pro rychlou identifikaci výpadku napájecího střídavého napětí, zejména pro jeho okamžité nahrazení zálohovým zdrojem, vyznačené tím, že střídavý napájecí zdroj je zapojen na druhý monostabilnl obvod (16) přes dvojcestný usměrňovač (11), první tvarovací obvod (12), derivační obvod (13), druhý tvarovací obvod (14) a první monostabilnl obvod (15), přičemž na vstup součinového obvodu (17) jsou zapojeny dvouoestný usměrňovač (11), první tvarovací obvod (12) a druhý monostabilnl obvod (16) a výstup součinového obvodu (17) je zapojen na paměťový obvod (18), jehož výstupy (4, 5) jsou výstupy celého zapojení.