Устройство для контроля состояний n параллельных нагрузок импульсного источника питания

СОЮЗ СОЭЕТСНИХСОЦИАЛ ИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИН 19) 111) 35 584 НО БРЕТЕНИ НИ АВТОРСКОМУ ЕТЕЛЬСТВУ 07 состоянии паюл, Р 44сесоюзноготитута им. к импульснозрядных цепей, ит из соедитиристора и лектро- И,Ленин ко нагрузки, Целью изобретения является расширение функциональных возможностей. Устройство определяет такие вид неисправности тиристоров, как пробой самопроизвольное включение, невключе ние, Кроме того, с помощью этого уст ройства оперативно определяется конкретная параллельная цепь нагрузки импульсного источника питания, где возникла неисправность, 3 ил.(56) Авторское Р 750642, кл, НАвторское св Ф 1190902, кл,980 ССР 198 СУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ(71) Отделение Втехнического инсв г, Истра(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЙ И ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ НАГРУЗОК ИМПУЛЬСНОГО ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ(57) Изобре технике и м контроля и раллельного му источник каждая из к ненных посл ение относится к электрожет быть использовано для диагностик подключени питания р торых сост довательно1 135611Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для кентроля и диагностики параллельного подключения к импульсному источнику5 питания разрядных цепей, каждая из которых состоит из параллельно соединенных сильноточного коммутатора - тиристора и нагрузки, например, в виде электромагнитного индуктора. По добные разрядные цепи обычно жестко связаны параллельными соединениями с источником питания, оперативный контроль, а также отыскание поврежденной цепи необходимо осуществлять 15 без их разборки.Цель изобретения - расширение фун- . кциональных возможностей путем определения нескольких видов неисправностей нагрузок импульсного источника 20 питания.На фиг. 1 представлена Функциональная схема предлагаемого устройства, на Фиг,2 - принципиальная элекО трическая схема блока диагностики не исправной нагрузки; на фиг.З - вре- менные диаграммы работы устройства, где а - импульсы с выхода управляемого генератора импульсов б, в, г направления с выходов распределителя 30 сигналов управления; е, д - импульсы напряжения соответственно с перво-. го выхода и выхода задержанных импульсов второго Формирователя коротких импульсов, ж - напряжение на выходе датчиканапряжения; з - напряжение на прямом выходе порогового блока; и - напряжение на инверсном выходе порогового блока, к - импульсы напряжения на выходе первого фор О мирователя коротких импульсов, л, м, н - напряжения на прямых выходах первого, второго и третьего Э-триггеров соответственно.Устройство содержит (фиг. 1) им пульсный источник 1 питания, состоящий из зарядного блока 2 и накопительного конденсатора 3, к выходу .ис- точника 1 питания подключены И нагрузок (разрядных цепей) 4, каждая из которых состоит,из коммутатора 5(тиристора) и низкоимпедансной нагрузки 6, например, в виде электромагнитного индуктора, датчик 7 напряжения, представляющий собой делитель напряжения (резисторы 8 и 9), пороговый блок 10 с прямым и инверсным выходом, первый формирователь 11 коротких импульсов, второй формироваг 2тель 12 импульсов, управляемый ге,нератор 13 импульсов, распределитель14 сигналов управления, три 0-триггера 15, 16 и 17, блок 18 диагностики неисправной нагрузки (разряднойцепи), элемент ЗИ-НЕ 19 и 2 И-НЕ 20,блок 21 индикации,Датчик 7 напряжения подключен квыходу источника 1 питания, а пороговый блок 10 включен на выходе делителя напряжения. Прямой выход порогового блока 10 подключен к 0-входу первого триггера 15, а инверсныйвыход соединен с входом первого формирователя 11 импульсов и с Р-входом второго триггера 16. Выход первого формирователя 11 импульсовподключен к С-входу третьего триггера17. С-входы второго 16 и первого 15триггеров соединены соответственно спервым и вторым выходами второго формирователя 12 импульсов, вход которого объединен с выходом перестраиваемого генератора 13 импульсов, с входом распределителя 14 сигналов управления, с И-входом третьего триггера17 и с дополнительным входом блока18 диагностики неисправной разряднойцепи. Прямые выходы всех Э-триггеров15, 16 и 17 соединены с соответствующими входами блока 18 индикации, приэтом инверсный выход первого Р-тригчгера 15 подключен к его же Я-входу.Инверсные выходы всех трех П-триггеров 15, 16 и 17 через элемент ЗИ-НЕ19 связаны с одним из выходов устройства, а инверсные выходы второго 16и третьего 17 Р-триггеров через элемент 2 И-НЕ 20 связаны с другим выходом устройства и с дополнительнымвходом распределителя 14 сигналовуправления. К-входы всех П-триггеровобъединены и подключены к цепи"Уст, 0".1Выходы распределителя 14 сигналовуправления по числу контролируемыхразрядных цепей подключены к соответствующим входам блока 21 индикации, дополнительный вход которогосоединен с выходом блока 18 диагностики неисправной нагрузки разряднойцепи, Входы блока 18 диагностики неисправной разрядной цепи по числу Нконтролируемых параллельных нагрузокразрядных цепей объединены с соответствующими точками присоединениякатода коммутатора (тиристора) 5 киндикатору 6.3 13561Блок 18 диагностики неисправной разрядной цепи (фиг.2) содержит делитель 22 напряжения, включенный в себя последовательно соединенные резисторы 23 и 25, последний из которых шунтирован размыкающими контактами ключа 26, диод 27, формирователь 28 контрольных импульсов, состоящий из резисторов 29, 30 и 31 конденсатора 32, тиристорного оптрона 10 33, инвертора 34, преобразователь 35 импульсного напряжения в постоянное, которые содержит ячейку (диод 36, конденсатор 37) запоминания амплитуды контрольных импульсов, согласующий 15 каскад (транзисторы 38 и 39, резисторы 40, 41 и 42, инвертор 43), элемент 2 И-НЕ 44, резистор 45, галетный переключатель 46, три замыкающих ключа 47, 48 и 49, 20Выход формирователя 28 контрольных импульсов (резистор 31) соединен с первым контактом замыкающего ключа 47, второй контакт которого связан с анодом диода 27, с первым 25 контактом ключа 48, с анодом диода 36 и с вторым контактом ключа 49, первый контакт которого подключен к одному из входов элемента 2 И-НЕ 44,Катод диода 27 объединен с подвижным 30 контактом галетного переключателя 46 и входом делителя 22 напряжения. Неподвижные контакты галетного переключателя 46 соединены с контролируемыми разрядными цепями 4 - нагрузками импульсного источника 1 питания (фиг,2), Нижнее плечо делителя 22 (точка соединения резистора 23 и 24) подключено к второму контакту ключа 48. Ключи 47, 48 и 49 взаимосвязаны, 40 т.е, при включении любого из них остальные находятся в исходном разомкнутом состоянии. Устройство работает следующим образом.Управляемый генератор 13 импульсов (фиг.1) формирует на своем выходе последовательность прямоугольных импульсов (фиг. 3 а), период следования Т которых может изменяться от единиц до десятков и сотен секунд. При этом время 1, в течение которого выходное напряжение управляемого генератора 13 импульсов соответствует уровню "0",составляет 10 мс. Эта импульсная последовательность управляет работой распределителя 14 сигналов управления, на выходах кото 15 4рого через промежутки времени, равные периоду Т импульсной последовательности (фиг. 3 а), формируется напряжение с низким уровнем ("0", фиг.З б, в, г). Число выходов распределителя 14 сигналов управления соответствует числу Б контролируемых нагрузок 4 (в данном случае И = 3), Напряжение с выходов распределителя 14 сигналов управления поступает на формирователи импульсов управления соответствующими коммутаторами 5 (на фиг, 1 такие формирователи не показаны), а также на соответствующие входы блока 21 индикации, обеспечивая тем самым световую сигнализацию с помощью элементов индикации этого блока в течение периода Т прямоугольной импульсной последовательности (фиг. 3 а) номера той разрядной цепи 4, в которой произошло управляемое включение коммутатора 5.При включении коммутатора 5 происходит разряд предварительно заряженного накопителя 3 импульсного источника 1 питания за промежуток времени2 мс (фиг.З ж), который практически совпадает с передним фронтом напряжений (фиг. 3 б, в, г) на выходе распределителя 14 сигналов управления. Второй формирователь 12 импульсов на своем втором выходе образует короткие длительностью 10 - 20 мкс (фиг, 3 д) импульсы напряжения, моменты появления которых совпадают с положительным фронтом импульсов (фиг. 3 а) генератора 13 импульсов, а на первом выходе - импульсы (фиг.З е) напряжения такой же длительности, но задержанные по отношению к первым на вре 1.,= 10С датчика 7 напряжение (фиг, 3 ж), пропорциональное напряжению на накопителе 3, поступает на вход порогового блока 10. Уровень опорного напряжения (фиг. 3 ж, пунктирная линия) порогового блока 10 выбирается таким, чтобы к моменту формирования импульса на первом выходе (фиг, 3 е) второго формирователя 12 импульсов напряжения на прямом выходе порогового блока 10 (фиг, 3 з) под воздействием напряжения с датчика 7 напряжения по мере очередного заряда накопителя 3 успело бы изменить свое значение с уровня "0" на уровень "1", На инверсномовыходе порогового блока 10 при этом56115ВНапряжение с инверсного выхода Ртриггера 15 поступает также и на 8- .вход этого же триггера, блокируя его5от возвращения в исходное состояниепри нормальной работе других разрядных цепей 4 импульсного источника 1питания. Далее оператор возвращаетЭ-триггер 15 в исходное состояниес помощью цепи "Уст,О", а период следования Т импульсов управляемого генератора 13 устанавливает несколькобольшим, чем время задержкимомента появления импульса (фиг. 3 е)с первого выхода второго формирователя 12 импульсов, с целью устранениявозможности ложного срабатывания Птриггера 16, когда после предыдущегоразряда накопителя 3 пороговый блок10 еще не возвратился в состояниевысокого логического уровня напряжения на своем прямом выходе по мерепоследующего заряда накопителя 3. Приновом срабатывании 0-триггера 15 опе 26 ратор визуально фиксирует с помощьюблока 21 индикации загорание элементов индикации, связанного с тем выходом распределителя 14 сигналов уп-.равления, с которого в данный моментпроизошло управление отпиранием коммутатора 5 в соответствующей разрядной цепи 4. Это и будет на цепь,которая неисправна, т.е. где не произошло включения коммутатора 5. Затем с помощью блока 18 диагностики35неисправной разрядной цепи (фиг. 2)определяется что, конкретнонеисправно в этой -цеюи: не включается коммутатор 5 или произошел обрыв индук) ора 6. Для этого переключатель 4640блока 18 устанавливается в положение,при котором неисправна разрядная цепь(точка соединения коммутатора 5 ииндуктора 6 подключается к катоду ,1 диода 27, фиг. 2). Оператор замыка.,ет ключ 49, если индуктор 6 проверяемой разрядной цепи находится в исправном состоянии (отсутствует обрывее витков)то загорается элементиндикации в блоке 21, связанный свыходом блока 18 диагностики неисправной разрядной цепи, Это обусловлено тем, что вход элемента 2 И-НЕ 44блока 18 (фиг.2), соединенный с одним 5 13 уровень напряжения изменяется противоположно, т.е. с уровня "1" на уровеюь "0" (фиг. 3 и), По переднему положительному фронту прямоугольного напряжения (фиг. 3 и) на выходе первого формирователя 11 импульсов возникают короткие длительностью 10 - 20 мкс импульсы (фиг, 3 к).При нормальном режиме работы разрядных цепей 4 импульсного источника 1 питания Р-триггеры 15, 16 и 17 не изменяют своего исходного состояния с уровнем "0" на прямых выходах при появлении импульсов (Фиг.З д, е, к) на соответствующих С-входах этих триггеров. Действительно, на Р-входе триггера 15 присутствует напряжение с уровнем "0" (фиг. 3 з) сразу после разряда накопительного конденсатора 3 на первую разрядную цепь 4 (см.1, фиг. 3), поступающее с прямого выхода порогового блока 10, поэтому в момент появления импульса (фиг, 3 д)ф на С-входе триггера 15 с второго выхода второго формирователя 12 импульсов состояние триггера 15 не изменя-. ется, В момент появления импульса (фиг. 3 е) на С-входе триггера 16 с первого выхода второго формирователя 12 импульсов Э-вход этого триггера находится под воздействием напряжения О (Фиг, 3 и) с инверсного выхода порогового блока 10.При поступлении на С-вход триггера 17 импульса (фиг, 3 к) с выхода первого формирователя 11 импульсов изменения состояния этого триггера также не происходит, так как его 0-вход находится под действием напряжения "0" (фиг.З а с выхода управляемого генератора 13 импульсов.При неисправности вида "Невключение коммутатора", а также при обрыве нагрузки разряда накопительного конденсатора 3 не происходит и напряжение на прямом выходе порогового блока 10 к моменту появления импульсов (Фиг. 3 д) сохраняет состояние с уровнем "1" (фиг. 3 з, 11). В этом случае 0-триггер 15 изменяет свое состояние и на его прямом выходе формируется напряжение (фиг. 2 л) с уровнем "1", воздействующее на соотВетствующий элемент индикации блока 21 Напряжение с уровнем "0" с инверсного выхода Р-триггера 15 через элемент ЗИ-НЕ 19 воздействует на выход устройства (к схеме сигнализации)бб из контактов ключа 49, подключен через диод 27, галетный переключатель46 и индуктор 6 (фиг1) к общей точке устройства, что эквивалентно уровню "0" на входе элемента И-НЕ 4471356 (фиг. 2) . Следовательно, неисправен коммутатор 5 в данной разрядной цепи или его цепь управления. Если при замыкании ключа 49 элемент индикации в5 блоке 21, связанный с выходом блока 18, не загорается, то это означает, что неисправлен индуктор 6, при этом на обоих входах элемента И-НЕ присутствуют напряжения с высоким уровнем 10 ("1"), поскольку на входе элемента ИНЕ 44, связанном с выходом инвертора 43, в исходном состоянии всегда присутствует напряжение с уровнем "1".Диод 27 блока 18 необходим для 15 защиты цепей этого блока и всего устройства контроля в целом от высокого импульсного напряжения, которое появляется на индукторе 6 разрядных цепей 4 при разряде накопительного 20 конденсатора 3 как в нормальном, так и в аварийном режимах в случае, когда оператор может забыть возвратить в исходное состояние ключи 47, 48 и 49.При неисправности вида "Пробой 25 коммутатора накопительный конденсатор 3 оказывается закороченным неисправной разрядной цепью, так как полное сопротивление индуктора 6 при постоянном токе близко к О. Напряже- ЗО ние (фиг. 3 и) на инверсном выходе порогового блока 10 к моменту появления импульса напряжения (фиг. 3 е) с первого выхода второго формирователя 12 сохраняет уровень "1", поэтому 0-триггер 16 изменяет свое состояние.35 Напряжение с уровнем " 1" (фиг. 2 м) с его прямого выхода поступает на соответствующий вход блока 21 индикации, анапряжение с уровнем0 с ин О версного выхода - на элемент 2 И-НЕ 20, выход которого связан с исполнительным органом отключения зарядного блока 2 (на фиг. 1 не показан) импульсного источника 1 питания от питающей45 сети, Сигнал с выхода элемента 2 И-НЕ 20 блокирует работу распределителя 14 сигналов управления с целью предотвращения дальнейшей работы блока 121 при возникшей неисправности. На пряжение с инверсного выхода Р-триггера 16 поступает также на один из входов элемента ЗИ-НЕ 19, выход которого связан со схемой сигнализации, Следовательно, устройство контроля определяет вид неисправности "Пробой коммутатора". Далее для отыскания конкретной разрядной цепи 4 с пробитым коммутатором 5 оператор замы 115 8кает ключ 47 (фиг. 2) блока 18 диагностики неисправной разрядной цепи, Период следования Т импульсов генератора 13 импульсов, поступающих на дополнительный вход блока 18, может оператором устанавливаться равным 1 с с целью уменьшения времени определения неисправной разрядной цепи. Импульсы от генератора 13 (фиг. 3 а) управляют работой фор - мирователя 28 контрольных импульсов блока 18. На выходе формирователя 28 (резистор 31) при этом возникают экспоненциальные импульсы напряжения с крутым передним фронтом, поступающие на вход преобразователя 35 импульсного напряжения в постоянное (диод 36, конденсатор 37), который осуществляет расширение импульса с выхода формирователя 28 контрольных импульсов с целью обеспечения визуальной индикации его наличия на входпреобразователя 35Далее при последовательном переключении с помощью галетного переключателя 46 блока 18 точек присоединения катода коммутатора 5 к индуктору 6 (фиг. 1) определяется разрядная цепь с пробитым коммутатором. При неисправном коммутаторе 5 контролируемой цепи 4 импульс с выхода формирователя 28 контрольных импульсов блока 18 по амплитуде оказывается достаточным для создания на выходе инвертора 43 преобразователя 35 напряжения с уровнем "0" при шунтировании выхода формирователя 28 контрольных импульсов индуктора 6, индуктивность которого составляет 150-200 мкГн, Поэтому при исправнбм коммутаторе 5 загорается элемент индикации в блоке 21, связанный с выходом блока диагностики неисправной разрядной цепи. Если коммутатор 5 пробит, то выход формирователя 28 контрольных импульсов шунтируется дополнительно последовательной цепью, состоящей из этого неисправного коммутатора и разряженного накопительного конденсатора 3, емкость которого составляет значение сотен или тысяч микрофарад. Амплитуда импульса, возникающего на выходе формирователя 28 контрольных импульсов, при этом недостаточна для образования напряжения с уровнем "0" на выходе инвертора 43 преобразователя 35. При этом элемент индикации в блоке 21 индикации, связанный с5 10 15 20 25 30 35 40 50 9 135 выходом блока 18, не загорается, так, как на входах логического элемента 2 И-НЕ 44 присутствует напряжение с уровнем "1".При неисправности вида "Самопро 11 извольное включение коммутатора один из коммутаторов 5 разрядных цепей 4 при отсутствии управляющего сигнала переходит в открытое состояние. При разряде накопительного конденсатора 3 через этот коммутатор на выходе первого формирователя 11 импульсов формируется импульс напряжения (фиг. 3 к), поступающий на С-вход Р-триггера 17, на Р -вход которого подается напряжение (фиг.З а) с выхода генератора 13 импульса (см. ТЧ, фиг, 3). Так как 1импульс напряжения (фиг, 3 к) с выхода первого Формирователя 11 в данном случае возникает тогда, когда напряжение на выходе генератора 13 импульсов представляет уровень " 1", то Р-триггер 17 срабатывает. Напряжение с уровнем "1" (фиг. 3 н) с его прямого выхода поступает на соответствующий вход блока 21 индикации, а напряжение с уровнем 0" - с инверсного выхода на входы элементов 2 И-НЕ 20 и ЗИ-НЕ 19, Далее для отыскания разрядной цепи с самопроизвольно включающимся коммутатором 5 оператор замыкает ключ 48 (фиг. 2) блока 18 диагностики неисправной разрядной цепи, При этом вход преобразователя 35 импульсного напряжения блока 18 подключается к выходу делителя 22 напряжения этого блока, а при помощи галетного переключателя 46 блока 18 оператор подключает вход делителя 22 к первой разрядной цепи 4, Р-триггер 17 оператором возвращается с помощью цепи "Уст. 0" в исходное состояние. Сигнал отключения импульсного источника при этом пропадает и накопительный конденсатор 3 начинает снова заряжаться. Если неисправлен коммутатор 5 в первой разрядной цепи 4, то на входе делителя 22 при разряде накопителя 3 на индуктор 6 через самопроизвольно включившийся коммутатор 5 появляется импульс напряжения. С выхода делителя 22 напряжения импульс напряжения через замкнутые контакты ключа 48 поступает на вход преобразователя 35 импульсного напряжения в постоянное, Амплитуда этого импульса оказывается достаточной для 611510 создания на выходе инвертора блоканапряжения с уровнем "0", при этомзагорается элемент индикации в блоке21, связанный с выходом блока 18 диагностики неисправной разрядной цепи,Если первая разрядная цепь 4 импульсного источника 1 питания исправнаи элемент индикации в блоке 21, связанный с выходом блока 18, не загорается, то аналогичные операции осуществляется при подключении к блоку18 второй разрядной цепи, затем треть-ей и т.д. При самопроизвольном включении какого-либо коммутатора на небольших напряжениях (не более 100 В)на накопителе 3 для повышения уровнянапряжения с нижнего плеча делителя22 оператор размыкает замкнутый ключ26, уменьшая тем самым коэффициентделения делителя 22 напряжения (фиг.2),Параметры делителя 22 напряжения та-ковы, что на разрядную цепь накопительного конденсатора 3 он не оказывает никакого влияния,Формула изобретения Устройство для контроля состояний И параллельных нагрузок импульсного источника питания, включающего в себя зарядный блок и конденсатор, содержащее блок диагностики неисправной нагрузки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены датчик напряжения, управляемый генератор импульсов, распределитель сигналов управления, первый и второй Формирователи коротких импульсов,пороговый блок с прямым и инверсным выходами, три Р-триггера, блок индикации, элементы ЗИ-НЕ и 2 И-НЕ, при этом датчик напряжения предназначен для 45 подключения параллельно накопительному конденсатору, выход датчика напряжения соединен с входом пороговогоблока, прямой выход которого подключен к Р-входу первого Р-триггера, а инверсный выход подключен к Р-входувторого Р-триггера и к входу первогоформирователя коротких импульсов, выход которого соединен с С-входомтретьего Р-триггера, первый выход 55 второго формирователя коротких им-.пульсов соединен с С-входом второгс Р-триггера, а выход задержанных импульсов подключен к С-входу первого Р-триггера, выходы распределителя15 20 В СХОДЮигнаюиюаи к испспнитиьтиу,огану тфпюченар а 3 анн 0 га Ива Рр рпра 0 инин яириаппрамиРаг,1 11 13561 сигналов управления по числу Б контролируемых нагрузок и прямые выходы всех Э-триггеров подключены к соответствующим входам блока индикации,5 инверсные выходы всех Э-триггеров через элемент ЗИ-НЕ соединены с выходом устройства, инверсные выходы вто, рого и третьего Э-триггеров, кроме того, через элемент 2 И-НЕ соединены с входом распределителя сигналов управления и с другим выходом устройства, инверсный выход первого Э- . триггера соединен с Я-входом этогоже триггера, К-входы всех Р-триггеров объединены и подключены к цепиустановки нуля, при этом блок диагностики неисправной нагрузки вклю-.чает в себя галетный переключатель,делитель напряжения, диод, формирователь контрольных импульсов, тризамыкающих ключа и преобразовательимпульсного напряжения в постоянное,при этом М неподвижных контактов галетного переключателя использованы в качестве основных входов блока дио агностики неисправной нагрузки, а подвижный контакт подключен к объединенным входу делителя напряжения и катоду диода, анод которого при 15 12соединен к объединенным контактамтрех замыкающих ключей и первому входу преобразователя импульсного напряжения в постоянное, выход формирователя контрольных импульсов подключен к первому контакту. первогоключа, а вход формирователя контрольных импульсов использован в качестве дополнительного входа блокадиагностики неисправной нагрузки,второй контакт второго ключа соединен свыходом делителя напряжения, первыйконтакт третьего ключа подключен квторому входу преобразователя импульсного напряжения в постоянное,выход которого использован в качестве выхода блока диагностики неисправ, ной нагрузки, основные входы блокадиагностики неисправной нагрузкипредназначены для подключения к соответствующим нагрузкам, а дополнительный вход соединен с объединенными выходом управляемого генератора импульсов, входом второго формирователя коротких импульсов, основным входомраспределителя сигналов управления иЭ-входом третьего Э-триггера, выходблока диагностики неисправной нагрузки соединен с соответствующим входомблока индикации,: ."4 д".г,. Гдз тленаоуо комятетяСС