IT8322192A1 - Circuito di pilotaggio di carico con rivelazione di corrente di carico - Google Patents
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Description
D E S C R I Z I O N E
dell'invenzione industriale dal titolo:
"CIRCUITO DI PILOTAGGIO DI CARICO*CON RIVELAZIONE DI CORRENTE DI CARICO"
RIASSUNTO
Un apparato verificabile di circuito di pilotaggio di carico contiene un pilota di carico allo stato solido per controllare dei carichi a corrente alternata collegati in serie con un avvolgimento di un reattore a nucleo saturabile usato per rivelare la presenza o l'assenza di corrente di carico attraverso un monitore o sorveglianza di corrente di carico che viene collegato ad un altro avvolgimento del reattore. Il circuito di pilotaggio di carico pu? essere verificato durante il funzionamento del circuito iniettando un segnale di durata insufficiente ad influenzare sostanzialmente il circuito di carico .
TESTO DELLA DESCRIZIONE
Questa invenzione riguarda della strumentazione e, in particolare, strumentazione e controllo in un ambiente che richiede una sorveglianza accurata e continua durante il funzionamento. In particolare, questa invenzione riguarda un apparato per commutare dei carichi induttivi ad alta corrente mentre si sorveglia lo stato del circuito di carico. Una particolare applicazione di questa invenzione ? nel pilotaggio di un solenoide di campo controllato a corrente alternata collegato ad una distanza fino di circa 800 metri (? miglio) dalla sorgente di controllo, come nell?ambiente di una centrale nucleare. L'invenzione ha altre applicazioni quando dei livelli di corrente relativamente alti vengono controllati mediante dei segnali di livello logico standard e nel caso in cui dei rel? con contatti meccanici sono insufficientemente affidabili nell'ambiente operativo.
Certe funzioni di controllo richiedono l'uso di correnti alternate a livello relativamente alto in circuiti aventi lunghezze di collegamento fino a 1600 metri (1 miglio o pi?). I circuiti ad alta corrente relativamente lunghi presentano degli speciali problemi di controllo. Per esempio, i circuiti lunghi sono sottoposti ad indesiderati transitori di alta tensione ed alta corrente dovuti all'ambiente esterno ed all'induttanza del circuito. Tuttavia c'? la necessit? di misurare con precisione la corrente nel circuito pilotato da una posizione lontana.
DESCRIZIONE DELLA TECNICA ANTERIORE
Nel passato, dei circuiti di pilotaggio di carico ad alta corrente sono stati controllati con segnali logici a basso livello mediante l'uso di circuiti a corrente continua e di rel? portanti dei contatti meccanici. L'affidabilit? e l'immunit? da disturbi sono delle preoccupazioni significative in tali sistemi. Inoltre, i rel? meccanici hanno solamente una vita finita. Una frequente verifica di un circuito a rel? obbliga i contatti dei rel? a degradarsi, degradando perci? l'affidabilit? del circuito. In aggiunta, i procedimenti di verifica sono tali che un rel? deve essere tolto dal suo circuito normale per la verifica allo scopo di evitare effetti sul carico. La degradazione provocata da autoverifica ? generalmente inaccettabile in un ambiente richiedente elevata affidabilit?.
DESCRIZIONE SOMMARIA DELL'INVENZIONE
Un apparato circuitale comprende un pilota di carico allo stato solido per controllare dei carichi a corrente alternata che pu? essere collegato in serie con un avvolgimento di un reattore a nucleo saturabile per rivelare la presenza o l'assenza di corrente di carico. La corrente di carico e la sorveglianza di corrente di carico sono entrambe sotto controllo di segnali logici a livello relativamente basso. Un circuito di uscita fornisce un alto valore di isolamento tra il circuito logico di controllo a basso livello e il circuito di pilotaggio di corrente ad alto livello. Il circuito di pilotaggio di carico pu? essere verificato mediante l'uso di tecniche di prove mediante iniezione di segnali di breve durata, senza degradare il circuito di pilotaggio di carico e la corrente pu? essere rivelata con un effetto trascurabile sul circuito di carico.
L'invenzione verr? meglio capita con riferimento alla seguente descrizione dettagliata presa in considerazione con l'allegato disegno.
DESCRIZIONE DEL DISEGNO
La Figura 1 ? uno schema di un circuito di pilotaggio di carico e di una sorveglianza di corrente secondo l'invenzione.
DESCRIZIONE DI PARTICOLARI REALIZZAZIONI
Facendo ora riferimento alla Figura 1, il circuito di pilotaggio di carico e di rivelazione di corrente secondo l'invenzione comprende un paio di transistori ad effetto di campo di tipo HEXFET 12 e 14, aventi degli elettrodi di comando 16 e 18 collegati assieme, degli elettrodi di sorgente 20 e 22 collegati assieme e degli elettrodi di scarico 24 e 26 collegati ai capi di un carico 28 che ? in serie con una sorgente di energia 30 atraverso dei percorsi di segnali relativamente lunghi 32, 34. I percorsi di segnali 32, 34 possono essere formati da una coppia di fili attorcigliati, tipicamente di lunghezza dell'ordine di 800 metri. Il carico 28 ? tipicamente un avvolgimento di campo di un solenoide elettromeccanico. La sorgente di energia 30 ? tipicamente un alimentatore a corrente alternata, bench? si possa usare un alimentatore a corrente continua. Tra gli elettrodi di scarico 24, 26 viene collegata una rete tosatrice 36 formata da diodi. La rete tosatrice 36 serve a sopprimere degli indesiderati transitori che possono generarsi sui percorsi di segnali 32, 34, ma non ? necessaria per un funzionamento normale e corretto del circuito. Gli HEXFET 12, 14 sono dei transistori ad effetto di campo a tre terminali che sono capaci di condurre dei segnali a corrente alternata e dei segnali a corrente continua nella configurazione di circuito secondo l'invenzione. I transistori ad effetto di campo di tipo IRF350 a canale N fabbricati dalla International Rectifier di Los Angeles, California, sono una scelta di dispositivo preferito. I terminali di sorgente 20, 22 vengono collegati ad un nodo comune 38 e gli elettrodi di scarico 24, 26 vengono collegati in serie con il carico 28 e la sorgente di corrente alternata 30, come una sorgente di energia a 120 volt e 60Hz, in serie con il carico 28.
I dispositivi 12 e 14 di tipo HEXFET vengono scelti a causa della loro alta capacit? di corrente e della resistenza di saturazione molto bassa, tipicamente nella gamma di 0,3 ohm ciascuno quando vengono polarizzati direttamente.
Il circuito di pilotaggio di carico viene pilotato mediante un trasformatore 40 da un circuito oscillator? contenente un transistore ad effetto di campo (FET) 42 collegato ai capi degli avvolgimenti primari 44 del trasformatore 40. Il circuito oscillatore funziona a circa 100 kHz per un ingresso di oscillatore 43 ad una porta AND 45 che pilota il FET 42. Un avvolgimento secondario 46 viene collegato attraverso un diodo raddrizzatore 48 funzionante in un circuito raddrizzatore a mezza onda. La tensione continua a mezza onda raddrizzata viene filtrata da un condensatore 50 ai capi dell'avawolgimento secondario 46, in parallelo con un resistore di carico 54, ai capi del quale viene generata una tensione continua quando il circuito oscillatore funziona. Il nodo comune 38 degli elettrodi di sorgente viene collegato ad un terminale del condensatore di filtro 50. Gli elettrodi di sorgente 20, 22 sono solo necessari nel circuito di pilotaggio poich? gli elettrodi di comando 16, 18 vengono pilotati dalla loro propria energia a corrente continua isolata e raddrizzata sotto il controllo di un oscillatore che pilota l'avvolgimento primario 44 del trasformatore 40.
L'ingresso di oscillatore 43 viene inviato al FET 42 solo in presenza di un impulso di ingresso di selezione proveniente da un ingresso di selezione sul nodo 53, attraverso una porta OR 47, avente in generale una durata di circa un millisecondo od un impulso di ingresso ritenuto su una linea 51 proveniente da un'uscita non invertente Q di un multivibratore monostabile 49. La durata di tale segnale trattenuto ? lunga quanto richiesto dal carico. Una tipica durata ? di circa 100 millisecondi.
La linea di ingresso di selezione sul nodo 53 viene impiegata per fornire i segnali di ingresso di verifica ed i segnali di ingresso di funzione vengono inviati attraverso una rete di filtro RC passa?basso consistente dei resistori 55 e 57 e di un condensatore 59, dove il segnale viene fornito attraverso il resistore 57 ad un terminale di ingresso di un trigger di Schmitt 61. Il trigger di Schmitt 61 intende assicurare contro distorsioni di ingresso impedendo perci? una falsa partenza del multivibratore 49. Un segnale avente una durata di almeno 1 millisecondo, ed in generale dell'ordine di 5 millisecondi, viene propagato attraverso il trigger di Schmitt 61 al multivibratore monostabile 49 per caricare un condensatore di temporizzazione 63 e per abilitare la porta OR 47 attraverso la linea 51 di segnale logico per la durata del ritardo di tempo stabilita dal condensatore di temporizzazione 63. In questo modo, il circuito di pilotaggio di carico pu? essere verificato con un impulso di verifica di 1 millisecondo, attivando l'oscillatore attraverso la porta AND 45 per una breve verifica, cio? di 1 millisecondo, senza dovere armare il multivibratore 49 per l'intera durata della funzione di pilotaggio di carico.
Una delle caratteristiche di questo circuito ? una capacit? di misurare correnti in modo efficace e fidato senza distruggere od altrimenti degradare il richiesto funzionamento. A questo scopo, secondo l'invenzione, viene impiegato un trasformatore d? rivelazione 52 che ? un trasformatore a nucleo saturabile, per rivelare la presenza di potenziali di azionamento di elet trodi di comando o di corrente di carico di uscita.
Pi? particolarmente, un nucleo 63 a nastro avvolto viene impiegato nel trasformatore 52 con un primo terminale 56 di un avvolgimento 58 rivelatore di carico collegato all'elettrodo di scarico 26 ed un secondo terminale 60 collegato in serie con il carico 28. Un primo commutatore 64, o collegamento franco, viene usato per deviare la corrente attraverso il carico. Alternativamente, un resistore di alto valore 39 collegato agli elettrodi di comando 16, 18 viene collegato ad un terminale 68 di un secondo avvolgimento di trasformatore 70, il cui altro terminale 72 viene collegato ad un rivelatore di corrente 78. In una realizzazione alternativa, dei separati trasformatori e rivelatori possono essere impiegati per rivelare la corrente degli elettrodi di comando e la corrente di carico, in modo che il commutatore collegato 66 pu? essere eliminato ed entrambe le operazioni di rivelazione possono essere eseguite contemporaneamente.
Lo stato di corrente attraverso il trasformatore di rivelazione 52 viene sorvegliato mediante un avvolgimento di verifica 80. Un avvolgimento di polarizzazione 82 prepolarizza il trasformatore rivelatore 52 ad un desiderato valore di corrente che si avvicina alla saturazione. Viene scelta la po larizzazione in modo che un aumento di corrente dovuto all'avvolgimento rivelatore di carico 58 o all'avvolgimento rivelatore di elettrodi di comando 70 porta il nucleo 63 in saturazione, consentendo perci? ad un'alta corrente di scorrere attraverso l'avvolgimento di verifica 80 quando viene applicata una tensione al medesimo. La tensione all'avvolgimento di verifica 80 viene applicata mediante un impulso di prova, generalmente della durata dell'ordine di 1 millisecondo, attraverso un amplificatore di potenza 82 ed un resistore limitatore di corrente 84 collegato al primo nodo di ingresso di un comparatore 86. Il secondo nodo di ingresso del comparatore 86 viene collegato ad un potenziometro 88 regolatore di livello. Un primo diodo 90 ai capi dell'ingresso di comparatore impedisce alla linea di verifica di diventare negativa. Un secondo diodo 92 in serie con l'avvolgimento di rivelazione 80 fornisce un i
Claims (9)
1. Apparato circuitale per pilotare un carico a seguito di segnali logici di controllo, dove detto apparato comprende:
un sistema di transistori ad effetto di campo, dove detto sistema di transistori ad effetto di campo ? sensibile a dei segnali di ingresso di livello logico per inserire e disinserire una sorgente di energia a corrente alternata, dove detto sistema di transistori ad effetto di campo viene collegato in serie con detta sorgente di energia e detto carico, dove detta sorgente di energia e detto carico definiscono un sistema di carico avente un primo terminale ed un secondo terminale, dove detto sistema di transistori ad effetto di campo comprende un primo transistore ad effetto di campo avente un primo elettrodo di comando, un primo elettrodo di sorgente ed un primo elettrodo di scarico ed un secondo transistore ad effetto di campo avente un secondo elettrodo di comando, un secondo elettrodo di sorgente ed un secondo elettrodo di scarico, dove detto primo elettrodo di comando viene collegato a detto secondo elettrodo di comando e detto primo elettrodo di sorgente viene collegato a detto secondo elettrodo di sorgente, detto primo elettrodo di scarico viene collegato a detto primo terminale di detto carico e detto secondo elettrodo di scarico viene collegato a detto secondo terminale di detto carico formando perci? un circuito commutato per corrente alternata attraverso detto sistema di transistori ad effetto di campo che ? capace di commutare per cambiamenti della tensione tra detto primo e detto secondo elettrodo di sorgente e detto primo e deto secondo elettrodo di comando.
2. L'apparato circuitale secondo rivendicazione 1, contenente inoltre un circuito tra sorgente ed elettrodo di comando per generare dei segnali di ingresso di livello logico, dove detto circuito tra elettrodo di comando e sorgente comprende mezzi collegati ad un oscillatore per far passare un segnale di oscillatore, mezzi collegati a detto circuito di passaggio per raddrizzare detto segnale di oscillatore, dove detti mezzi raddrizzatori vengono collegati per fornire un segnale continuo tra detto primo e detto secondo elettrodo di comando e detto primo e detto secondo elettrodo di sorgente a seguito di segnali lasciati passare.
3. Apparato circuitale secondo rivendicazioni 1 o 2, comprendente inoltre mezzi rivelatori per sorvegliare il funzionamento di detto sistema di transistori ad effetto di campo.
4. L'apparato circuitale secondo rivendicazione 3, nel quale detti mezzi rivelatori comprendono un primo avvoglimento rivelatore di corrente in un reattore avente un nucleo facilmente saturabile, dove detto primo avvolgimento viene collegato in serie con detto carico e detto sistema di transistori ad effetto di campo per rivelare la corrente attraverso detto carico.
5. L'apparato circuitale secondo rivendicazione 3, nel quale detti mezzi rivelatori comprendono un secondo avvolgimento rivelatore di corrente in un reattore avente un nucleo facilmente saturabile, dove detto secondo avvolgimento viene collegato tra detto primo e secondo elettrodo di comando e detto primo e secondo elettrodo di sorgente per rivelare una corrente che genera una tensione tra detti elettrodi di comando e detti elettrodi di sorgente.
6. L'apparato secondo rivendicazione 4, nel quale detti mezzi rivelatori contengono inoltre un circuito rivelatore di corrente funzionante per rivelare mediante saturazione di detto reattore, dove detto circuito rivelatore comprende un terzo avvolgimento rivelatore di corrente su detto nucleo, un comparatore e dei mezzi per applicare una corrente di prova a detto terzo avvolgimento, dove detto terzo avvolgimento mostra un'alta impedenza in assenza di saturazione del nucleo e mostra una bassa impedenza in presenza di saturazione del nucleo.
7. L'apparato circuitale secondo rivendicazione 5, nel quale detti mezzi rivelatori comprendono inoltre un circuito rivelatore di corrente funzionante per rivelare mediante saturazione di detto reattore, dove detto circuito rivelatore comprende un terzo avvolgimento rivelatore di corrente su deto nucleo, un comparatore e dei mezzi per applicare una corrente di prova a detto terzo avvolgimento, dove detto terzo avvolgimento mostra un'alta impedenza in assenza di saturazione del nucleo e mostra una bassa impedenza in presenza di saturazione del nucleo.
8. L'apparato circuitale secondo rivendicazione 2, nel quale detto circuito tra elettrodi di comando e sorgenti comprende inoltre un sistema temporizzatore sensibile ad un impulso di ingresso di almeno una durata minima per mantenere deti elettrodi di comando in attivazione per una prescelta durata.
9. L'apparato circuitale secondo rivendicazione 8, comprendente inoltre mezzi per iniettare un impulso di prova in detto circuito tra elettrodo di comando e sorgente e dei mezzi per isolare gli impulsi di prova applicati mediante detto sistema di iniezione di impulsi di prova da detto sistema temporizzatore per impedire a detto sistema temporizzatore di mantenere statico detto circuito tra elettrodo di comando e sorgente.
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