CS215989B1

CS215989B1 - Wiring for rapid identification of AC power failure

Info

Publication number: CS215989B1
Application number: CS717479A
Authority: CS
Inventors: Vratislav Stepar
Original assignee: Vratislav Stepar
Priority date: 1979-10-24
Filing date: 1979-10-24
Publication date: 1982-10-29

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.The circuit for quick identification of the failure of the alternating voltage supply can be used where, for operational reasons, it is important that the electrical equipment is always under voltage. The circuit allows the use of a backup power source with a minimum time delay. The possibility of mutual interconnection of both voltage sources is eliminated. In the event of an AC voltage failure at the load terminals, the failure is evaluated and this moment is a signal to block the switching element of the network and the backup power source is connected to the load by the second switching element. The invention can be used in all cases where it is necessary to ensure continuous power supply.

Description

Vynález se týká zapojení pro rychlou identifikaci výpadku napájecího střídavého napětí, zejména pro jeho okamžité nahrazení zálohovým zdrojem.The invention relates to a circuit for rapidly identifying a failure of the AC supply voltage, in particular for its immediate replacement by a backup power supply.

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.It is generally known to switch on a replacement standby power supply in the event of a power failure. In most cases, it is normal or even contactless switching on of the back-up power sources, where the respective Saxon delays between the decommissioning of the basic power supply and the deployment of the back-up power supply are not always critical, even though they are usually very small.

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.When switching power sources with contact devices, these are large inertia masses, causing a delay in power recovery of up to 20-30 ms, often requiring coupling via an auxiliary contact.

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.In case of switching by non-contact components, for example by semiconductor switch, it is possible to switch without time delay, but there can be mutual interconnection of both sources with subsequent failure of the backup source, since the basic power supply represents parasitic load. trigger pulses, since cos <P = 1 is never applied to the load. If the fault no longer corresponds to the zero-crossing of the basic power supply voltage, there may be a situation of either interconnection of the two power supplies or ms, which is unbearable in special cases. In the current wiring, the course of the basic supply voltage is not evaluated, but the inverter consumption, ie the difference between the mains and the inverter output, so that the device under evaluation operates only when the inverter is operating properly.

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.All known connections, whether from the point of view of the principle approach to the solution of the problem of AC power failure, respectively. The method of switching power supply sources, or the solution of at least the circuit of the evaluation system of the switching system, is used more in conditions less demanding for the length of time delay of the power supply failure.

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.The disadvantages are substantially eliminated by the circuitry for rapidly identifying the AC power failure of the present invention, wherein the AC power supply is connected to a second monostable circuit via a two-way rectifier, a first shaping circuit, a derivative circuit, a second shaping circuit and a first monostable circuit. . The two-way rectifier, the first forming circuit and the second monostable circuit are connected to the input of the product circuit. The output of the product circuit is connected to a memory circuit, the outputs of which are the outputs of the entire circuit.

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.The circuitry according to the invention makes it possible to monitor or monitor continuously. ensure the presence of AC voltage on the load, accurately evaluate the moment of the failure of the basic supply voltage and make an immediate connection of backup or redundant AC power supply with a delay of not more than 2 ms.

Při takovéto realizaci střídačových napájecích systémů je zcela nutné řešit problematiku soustavné identifikace přítomnosti napájecího střídavého napětí na svorkách zátěže.In such implementation of inverter power supply systems it is absolutely necessary to solve the problem of continuous identification of the presence of AC supply voltage on the load terminals.

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.Timely evaluation of the power supply failure at the load terminals is a basic prerequisite for the possibility of immediate connection of the replacement power supply and thus to minimize the time during which the load is unpowered in the event of a failure.

Na připojených výkresech je na obr. 1 blokové schéma zapojeni, na obr. ho zařízeni a na obr. 3, 4 a 5 průběhy jednotlivých signálů.In the accompanying drawings, FIG. 1 is a block diagram, in FIG. 3, of the apparatus, and in FIGS.

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.The assembly of the whole device is schematically shown in Fig. 2 and is characterized by the arrangement of the circuit according to the invention - identification circuit 10, whose individual parts are designed for special functions in order to achieve a continuous sequence of supply voltage periods on the load. backup source.

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.In the present arrangement, the load of the appliance Z is connected by its terminals 3-3 * to the output terminals 1-1 'of the basic power supply E1 by the switching element S1 and in the event of a power failure E1 connected to the output terminals 2-2 * of the power supply E2 by the switching element S2. The two switching elements S1 and S2 are controlled by the identification circuit 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.The circuitry for rapidly identifying a power failure 10, i.e. the identification circuit, is connected by its outputs 6 and 2 ^{to the} switching elements S1 and S2 and is provided with inputs 6 and 2 for the sources E1 and 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.The wiring function is considered in the basic situation where the load is fed from the source E through the open switching element S1. In this case, the switching element S2 is switched off, so that the source E2 is idle. Both E1 and E2 operate synchronously.

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.In the event of a failure of the AC voltage at the load terminals 3-3 * and hence at the output 1-1 'at time t, according to FIG. At this point the signal U4 blocked by the switching element SI 'and the switching element S2 is connected to the load 132. Switching back-up supply for supplying the load from the source E2 is thus carried out with a delay T _p = t ₂ - t _1, for special cases must be less than 2 ms - 0.1 period.

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.Voltage waveforms of source E1 and E2 are indicated by U1 'and U22 *. The voltage at the load terminals is U33 *. The command signal waveform for switch S1 is labeled U4 and for switch S2 is labeled 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.Fig. 1 shows a wiring diagram for quick identification of AC power failure, 10. The inputs E1 and E2 are connected to inputs 6 and 2. directly to the two-way rectifier 11. The theaters are connected in series by a first shaping circuit 12, a derivative circuit 52, a second shaping circuit 14, a first monostable circuit 52, a second monostable circuit 16, a product circuit 17, and a memory circuit 86. Further, the output of the two-way rectifier 11 and the first shaping circuit 52 are connected to the product circuit. The outputs 8 and 2 of the memory circuit 8 are also the outputs of the entire circuit.

Na obr. 4 jsou znázorněny jednotlivé průběhy signálů mimo pásmo necitlivosti.Figure 4 shows the individual waveforms outside the deadband.

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.The two-way rectifier 11 rectifies the AC voltage of the source E1 with a period of 2To to U1. This voltage waveform is processed comparatively by the first forming circuit 52 to a waveform U12. This is derived by a differentiating circuit 13 for waveform U13 and further shaped by a second shaping circuit 14 for waveform U14. This achieves a condition where the rising edge of the voltage pulses U14 corresponds with a high accuracy to the instant of passing the ground voltage curve at zero.

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.Said leading edge is triggered by a first monostable flip-flop 15 with a U15 signal with a vibration time T3. which is less than a half period To of the underlying signal. The trailing edge of the pulses of the U1 signal is triggered by the second monostable flip-flop 16 and with the oscillation time T4. The triggered signal U16 is applied to the product circuit 17 with the signal U17. where the logical product of U1 and U16 signals is performed. This defines a time interval, hereinafter called the dead zone, within which the voltage curve may pass through the zero level.

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.In the event that the basic supply voltage curve passes through a zero outside the dead zone, a pulse is generated at the output of the circuit 17, which is recorded by the memory circuit 8, whose signal U18 changes the logic level of the output voltage U18 of the memory circuit 18. the signal for the switching element S1 and its negation is the control signal for the switching element S2. when the identification circuit 10 is applied in the basic embodiment of FIG. 2. In this situation, the delay in the power supply of Tp, as shown in FIG. 3, is close to zero.

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.A different situation occurs when the load voltage fails at a time falling within the deadband time interval; The corresponding waveform is shown in Fig. 5. In this case, the basic supply voltage failure is evaluated only when the dead zone is terminated, which results in a delay in the voltage failure evaluation by a certain amount of time.

Z obr. 5 vyplývá, že prodleva v napájení zátěže může být nejvýše rovna hodnotě kmitů T£ (Tp < T4).It can be seen from Fig. 5 that the delay in the load supply can be at most equal to the value of oscillations T £ (T <T 4).

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:Since the time interval Tp is symmetrical with respect to the point at which the baseline voltage curves are assumed to pass through the zero level, when the minimum power is supplied from the source to the load, the possibility of endangering the load operation is minimal. The dwell time Tp can be determined from the constant T4 and can be chosen sufficiently small depending on the following factors:

a) toleranci kmitočtu výstupních napětí zdrojů,a) the frequency tolerance of the output voltage of the sources,

b) teplotních nestabilitách doby kmitů monostabilních klopných obvodů,b) temperature instabilities of the oscillation time of monostable flip-flops,

c) toleranci fázových poměrů křivky napětí způsobených změnami zátěže.(c) the tolerance of the phase ratios of the voltage curve due to load variations.

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.A particular application of the invention is in the construction of continuous power converters (ie, standby power supplies). These inverters are backed up by the grid and it is necessary to ensure that the inverter switches quickly enough if the inverters fail. This connection corresponds to Fig. 2, where the source E1 represents the inverter and the source E2 of the forces.

Jiný příklad je vzájemné zálohování dvou střídačů v synchronním provozu. Zdroj El a E2 pak představuje střídač.Another example is the mutual backup of two inverters in synchronous operation. The sources E1 and E2 then represent the inverter.

Další alternativu představuje řešení v praxi často nazývané horká rezerva. Zde sít představuje základní zdroj El a střídač rezervní zdroj E2.Another alternative is a solution in practice often called a hot reserve. Here, the grid is the base source E1 and the inverter is the standby source E2.

Claims

Circuit for rapid identification of AC power failure, in particular for immediate replacement by a back-up power supply, characterized in that the AC power supply is connected to a second monostable circuit (16) via a two-way rectifier (11), a first forming circuit (12), a derivative circuit ( 13), a second shaping circuit (14) and a first monostable circuit (15), wherein a two-way rectifier (11), a first shaping circuit (12) and a second monostable circuit (16), and a product circuit output are connected to the input of the product circuit (17). (17) is connected to a memory circuit (18) whose outputs (4, 5) are the outputs of the entire circuit.