PL182612B1 - Układ zasilania z obciążeniem stopniowanym - Google Patents

Abstract

1 . Uklad zasilania z obciazeniem stopniowanym zawierajacy w ejsciowy obwód zasilajacy, zawierajacy zródlo energii, obwód obciazenia, który jest dolaczony do obwodu zasilajacego i zawie-- ra pierwsze obciazenie 1 drugie obciazenie, obwód sterowania moca wejsciowa, który jest dolaczony do wejsciowego obwodu zasilajacego oraz zawiera detektor amplitudy napiecia wejscio-- wego i pierwszy komparator napiecia dolaczony do detektora amplitudy napiecia wejsciowego, porównujacy amplitude napie- cia wejsciowego z zadana pierwsza wartoscia progowa i zapobie-- gajacy transmisji mocy z wejsciowego obwodu zasilajacego do pierwszego obciazenia do czasu co najmniej zrównania sie amplitudy napiecia wejsciowego z pierwsza wartoscia progowa, oraz obwód sterowania obciazeniem, który jest dolaczony do obwodu obciazenia, znamienny tym, ze obwód sterowania obciazeniem (28) zawiera zespól elektrycznych obwodów opóz- niajacych podawanie mocy do drugiego obciazenia (100), az do pojawienia sie na pierwszym obciazeniu (98) napiecia dostatecz- nego do pracy drugiego obciazenia (100), z pierwszym konden- satorem magazynujacym (96) dolaczonym równolegle do pierw- szego obciazenia (98), szeregowym polaczeniem drugiego kon- densatora (112) i rezystora (110) dolaczonym równolegle do pierwszego obciazenia (98), oraz dolaczonym do zacisków dru- giego kondensatora (112) drugim komparatorem (104) napiecia porównujacym napiecie na drugim kondensatorze (112) z zadana z gór y druga wartoscia progowa i generujacym na wyjsciu sygnal aktywacji, kiedy napiecie na drugim kondensatorze (112) osiaga druga wartosc progowa, oraz zawiera dolaczony do wyjscia drugiego komparatora (104) napiecia zespól elektrycznych obwodów komutacyjnych dolaczajacy zasilanie do drugiego obciazenia (100) w odpowiedzi na sygnal aktywacji FIG. 1 PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ zasilania z obciążeniem stopniowanym.

Znane układy rozdzielania mocy elektrycznej stosowane w zakładach przemysłowych zawierają często centralne źródło napięcia stałego, na przykład baterię, które jest dołączone długimi przewodami do różnych obciążeń wykorzystujących energię elektryczną ze źródła zasilania. Te długie przewody rozdzielania mocy mają rezystancję własną, która może stać się tak duża, że przewody przestają dostarczać właściwe napięcie wejściowe do obciążeń wykorzystujących zasilanie. Nawet gdy źródło zasilania jest stałonapięciowe, obciążenia wykorzystujące zasilanie mogą odbierać małe napięcie wejściowe z powodu rezystancji własnej przewodów. Inne formy ograniczeń układu rozdzielania mocy występują poza rezystancją linii. Przykładem jest źródło zasilania przeznaczone do samoochrony przez ograniczenie maksymalnego prądu lub mocy wyjściowej. Te źródła zasilania mogą również nie dostarczać właściwej mocy do obciążeń wykorzystujących zasilanie. W tych warunkach obciążenia wykorzystujące zasilanie mogą ponownie odbierać małe napięcie wejściowe. Problemy związane z małym napięciem wejściowym są szczególnie poważne, gdy obciążenia wykorzystujące zasilanie są związane z przyrządami pomiarowymi, takimi jak przepływomierze Coriolisa, gęstościomierze i lepkościomierze, które mierzą parametry płynu. Cały układ pomiarowy może przestać działać nawet wówczas, gdy tylko jeden przyrząd nie działa, ponieważ obliczenia przeprowadzane przez układ pomiarowy mogą wymagać brakujących wartości, które są uzyskiwane z tego jednego przyrządu. Dodatkowo małe napięcie wejściowe może powodować, że jeden lub więcej przyrządów dostarcza błędne odczyty. Ten ostatni przypadek jest szczególnie ważny, ponieważ błędne odczyty są trudne lub niemożliwe do wykrycia i wątpliwa jest całość uzyskanych danych pomiarowych.

Często występuje przypadek, że przepływomierz Coriolisa jest stosowany do dokładnego pomiaru płynu w cysternie. Małe napięcie wejściowe dostarczane do przepływomierza Coriolisa w takim zastosowaniu mogłoby zakłócić jego odczyty wyjściowe i spowodować potencjalnie przelewanie się płynu, rozlewając go. Zatem jest szczególnie ważne zmniejszyć do minimum stany spowodowane małym napięciem wejściowym dostarczanym do przepływomierzy Coriolisa.

Przepływomierze Coriolisa są często instalowane w odległych miejscach, na przykład na pustyni przy wykonywaniu odwiertów naftowych lub gazowych względnie przy wielu zbiornikach cieczy. W tych urządzeniach są instalowane różne mierniki, a zasilanie do nich jest dostarczane przez przewody rozdzielania mocy, które mogą być bardzo długie przy pokonywaniu dużych odległości. Z efektem dużych długości przewodów jest związany fakt, że często jest stosowana mniejsza średnica, ponieważ mogą być one tańsze, lecz jest to także związane ze zwiększoną rezystancją Wszystkie te czynniki przyczyniają się do wzrostu rezystancji linii, która jest jedną z przyczyn problemów związanych z małym napięciem. Dodatkowo przy instalacji nowego wyposażenia, czasami zdarza się, że istniejące przewody rozdzielenia mocy stają się niewłaściwe do zadania, do którego zostały przeznaczone. Wymiana istniejących przewodów rozdzielania mocy lub instalacja nowych przewodów rozdzielania mocy może być bardzo kosztowna.

Najbardziej powszechne problemy związane z małym napięciem wejściowym do mierników dotyczą stanów rozruchowych, w przeciwieństwie do stanów operacyjnych stanów ustalonych. Stany rozruchowe charakteryzują się stanami z większym i czasami zmiennym obciążeniem, które wymaga dodatkowego zasilania dla spełnienia wymogu magazynowania energii w kondensatorach ładujących i zasilania cewek indukcyjnych, gdy obwody zaczynają

182 612 pracować. Podczas tych stanów jest chwilowo pobierany dodatkowy prąd wejściowy, gdy obciążenia wykorzystujące zasilanie osiągają stan ustalony. Dodatkowy wejściowy prąd rozruchowy, płynący przez przewody rozdzielania mocy o dużej rezystancji, powoduje odpowiedni spadek napięcia wejściowego dostarczanego do obciążenia wykorzystującego zasilanie. Zatem sterowanie wartością dodatkowego prądu wejściowego, pobieranego podczas rozruchu, jest krytyczne ze względu na zadawalające spełnianie chwilowych wymagań rozruchu, bez powodowania, że napięcie wejściowe osiągnie niedopuszczalnie małe poziomy.

Zasilacz dołączony do rezystancyjnego układu rozdzielania mocy może być zdolny do spełnienia wymagań operacyjnych stanu ustalonego, lecz niekoniecznie jest zdolny spełnić wymaganie dodatkowej wartości szczytowej podczas rozruchu. W wyniku tego obwody pobierające energię, zasilane przez zasilacz, mogą nigdy nie osiągnąć operacyjnego stanu ustalonego pracy, ponieważ zasilacz nie może spełnić dodatkowego wymagania przy rozruchu. Dla przykładu, duży początkowy prąd wejściowy rozruchu, płynący przez rezystancyjny układ rozdzielania mocy do silnika elektrycznego, może powodować małe napięcie wejściowe w silniku, które uniemożliwia obracanie się silnika lub uzyskanie wymaganej prędkości obrotowej.

W opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5 119 014 przedstawiono układ sekwencyjnego dodawania obciążenia. Układ zasila sekwencyjnie wiele obciążeń, które zwykle użytkują więcej energii przy rozruchu niż przy pracy w stanie ustalonym. Generator napięcia piłokształtnego jest stosowany do dostarczania sygnału zmiennego w czasie do wielu komparatorów napięcia. Każdy komparator jest pobudzany w odpowiedzi na sygnał osiągający określoną wartość napięcia. Pobudzanie komparatora napięcia powoduje przeniesienie mocy do wybranego obciążenia odpowiadającego komparatorowi napięcia. Zatem wiele silników elektrycznych jest pobudzanych z sekwencyjnym opóźnieniem w czasie. Nawet wtedy układ przerywa kontrolę każdego obciążenia dla potwierdzenia, czy osiągnięty został stan ustalony przed pobudzeniem następnego obciążenia sekwencyjnego. Wobec tego okresy opóźnienia w czasie muszą być szczególnie długie lub w przeciwnym razie przedwczesne pobudzenie obciążenia stwarza nadal wymaganie wytwarzania nadmiernego zasilania. Również niemiecki opis patentowy nr 3346773 ujawnia sposób sterowania zasilaniem wielu obciążeń.

Istotą układu zasilania z obciążeniem stopniowanym według wynalazku zawierającego wejściowy obwód zasilający, zawierający źródło energii, obwód obciążenia, który jest dołączony do obwodu zasilającego i zawiera pierwsze obciążenie i drugie obciążenie, obwód sterowania mocą wejściową, który jest dołączony do wejściowego obwodu zasilającego oraz zawiera detektor amplitudy napięcia wejściowego i pierwszy komparator napięcia dołączony do detektora amplitudy napięcia wejściowego, porównujący amplitudę napięcia wejściowego z zadaną pierwszą wartością progową i zapobiegający transmisji mocy z wejściowego obwodu zasilającego do pierwszego obciążenia do czasu co najmniej zrównania się amplitudy napięcia wejściowego z pierwszą wartością progową, oraz obwód sterowania obciążeniem, który jest dołączony do obwodu obciążenia, jest to, że obwód sterowania obciążeniem zawiera zespół elektrycznych obwodów opóźniających podawanie mocy do drugiego obciążenia, aż do pojawienia się na pierwszym obciążeniu napięcia dostatecznego do pracy drugiego obciążenia, z pierwszym kondensatorem magazynującym dołączonym równolegle do pierwszego obciążenia, szeregowym połączeniem drugiego kondensatora i rezystora dołączonym równolegle do pierwszego obciążenia, oraz dołączonym do zacisków drugiego kondensatora drugim komparatorem napięcia porównującym napięcie na drugim kondensatorze z zadaną, z góry drugą wartością progową i generującym na wyjściu sygnał aktywacji, kiedy napięcie na drugim kondensatorze osiąga drugą wartość progową, oraz zawiera dołączony do wyjścia drugiego komparatora napięcia zespół elektrycznych obwodów komutacyjnych dołączający zasilanie do drugiego obciążenia w odpowiedzi na sygnał aktywacji.

Korzystnie zespół obwodów komutacyjnych zawiera przełącznik i jego sterownik, który zamyka przełącznik po otrzymaniu sygnału aktywacji z drugiego komparatora napięcia.

Korzystnie pierwszym obciążeniem jest nadajnik a drugim obciążeniem jest miernik Coriolisa.

182 612

Korzystnie sterownik przełącznika zawiera bramkę AND, której zaciski wejściowe połączone są z drugim komparatorem napięcia i logicznym obwodem sterującym.

Korzystnie drugi komparator napięcia jest komparatorem porównującym napięcie na drugim kondensatorze z zadaną trzecią wartością progową, przy której napięcie pracy nie jest już dostateczne do pracy drugiego obciążenia, przy czym drugi komparator napięcia generuje na wyjściu sygnał dezaktywacji zespołu obwodów komutacyjnych odłączający zasilanie od drugiego obciążenia, kiedy napięcie na drugim kondensatorze spada poniżej trzeciej wartości progowej.

Korzystnie wejściowy obwód zasilający zawiera zespół złożony z szeregowo połączonej przetwornicy napięcia stałego na zmienne, transformatora i prostownika.

Korzystnie pierwszy komparator napięcia w obwodzie sterowania mocą wejściową porównuje amplitudę napięcia wejściowego z zadaną czwartą wartością progową, przy której napięcie wejściowe nie jest już dostateczne do pracy pierwszego obciążenia, przy czym pierwszy komparator napięcia przerywa transmisję mocy z wejściowego obwodu zasilającego do pierwszego obciążenia, kiedy amplituda napięcia na drugim kondensatorze spada poniżej czwartej wartości progowej.

Zaletą układu zasilacza według wynalazku jest to, że ułatwia on sekwencyjne obciążanie różnych elementów układowych przy minimalnym opóźnieniu w czasie i bez stawiania nadmiernych wymagań co do zasilania przy rozruchu. Poza tym może usunąć obciążenia, gdy osiągalna moc jest niewystarczająca do dostarczania wartości roboczej napięcia lub prądu do obciążeń.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat elektryczny układu zasilania według wynalazku, fig. 2 - wykresy czasowe napięć i prądu w układzie podczas jego zasilania, zaś fig. 3 - sieć działań przy normalnej pracy układu zasilania.

Figura 1 przedstawia układ zasilania 20. Główne elementy układu zasilania 20 to wyjściowy obwód zasilający 21 mocy, obwód przetwornika 22 mocy z regulowanym sprzężeniem zwrotnym, obwód sterowania 24 mocą wejściową, obwód obciążenia 26 i obwód sterowania 28 obciążeniem.

Obwód zasilający 21 rozdzielania mocy zawiera źródło 30 energii stałoprądowej, mające końcówkę dodatnią 32 i końcówkę ujemną 34. Pomiędzy tymi końcówkami 32 i 34 występuje zasadniczo stałe napięcie lub różnica potencjałów V_s. Przewody 36 i 38 mają odpowiednio rezystancje własne 40 i 42 i są przewodami rozdzielania mocy łączącymi źródło 30 energii z przetwornikiem 44. Przetwornik 44 zawiera dołączoną jednostkę sterującą 46, która reguluje przekazywanie mocy z przetwornika 44 do transformatora 48. Gdy jednostka sterująca 46 odbiera sygnał, na przykład sygnał sprzężenia zwrotnego, na końcówce 50, reguluje przekazywanie energii dostarczanej przez przetwornik 44 proporcjonalnie do tego sygnału. Większa wartość sygnału na końcówce 50 powoduje, że przetwornik 44 dostarcza więcej energii do transformatora 48 i zerowy sygnał napięciowy, na przykład o potencjale masy układu na końcówce 50 powoduje przerwanie przekazywania przez przetwornik 44 jakiejkolwiek energii do transformatora 48. Napięcie wyjściowe z punktu 64 jest dostarczane z powrotem przewodem 84 do wzmacniacza operacyjnego 80 i jest odejmowane od napięcia odniesienia z końcówki 82 przez wzmacniacz operacyjny 80 dla wytwarzania sygnału sprzężenia zwrotnego w przewodzie 86. W warunkach pracy w stanie ustalonym, sygnał sprzężenia zwrotnego w przewodzie 86 jest przekazywany do końcówki 50 przez rezystor 87 i przewód 88. Transformator 48 zawiera uzwojenie pierwotne 52 i uzwojenie wtórne 54. Prostownik 58 zawiera cztery diody, na przykład diodę 60, dołączone do uzwojenia 54. Kondensator 66 po stronie pierwotnej jest włączony pomiędzy przewody 36 i 38 przed przetwornikiem 44. Zatem obwód przetwornika 22 mocy odbiera energię ze źródła 30 energii poprzez przewody 36 i 38, przetwarza energię ze stałoprądowej w przemiennoprądową w przetworniku 44, dostarcza napięcie przemienne do transformatora 48 i prostuje sygnał przemiennoprądowy w stałoprądowy w prostowniku 58. Gdy jest to potrzebne, dodatkowe elementy są umieszczone bezpośrednio za transformatorem 48 dla dalszego przetwornika prądu stałego. Te dodatkowe elementy mogą zawierać na przykład filtr i regulator do wygładzania sygnału wyjściowego prostownika 58.

182 612

Obwód sterowania 24 mocą wejściową zawiera pierwszy komparator 68 napięcia, który jest komparatorem odcięcia podnapięcia i łączy się z przewodem 36 przez przewód 70 i z przewodem 38 przez przewód 72. Występuje tam różnica potencjałów pomiędzy przewodami 70 i 72 i ta różnica potencjałów jest równa napięciu na kondensatorze 66 po stronie pierwotnej. Komparator 68 odcięcia podnapięcia zawiera przełącznik 74, który jest normalnie zamknięty i otwiera się, gdy różnica potencjałów pomiędzy przewodami 70 i 72 osiąga wartość progową włączenia, na przykład co najmniej jedenaście woltów. Komparator 68 ma dużą histerezę napięciową, która powoduje, że przełącznik 74 pozostaje otwarty, aż napięcie pomiędzy przewodami 70 i 72 spadnie poniżej wartości progowej wyłączenia, na przykład osiem woltów, która jest mniejsza niż wartość progowa włączenia. Zamknięcie przełącznika 74 powoduje uziemienie końcówki 50 przez przewody 78 i 88, tak, że jednostka sterująca 46 przerywa przekazywanie energii przez przetwornik 44. Przed rozruchem przełącznik 74 komparatora 68 odcięcia podnapięcia jest normalnie zamknięty. Zatem przewody 78 i 88 są uziemione. Komparator 68 odcięcia podnapięcia otwiera przełącznik 74, gdy napięcie pomiędzy przewodami 70 i 72 osiąga poziom progowy włączenia. Prąd ze wzmacniacza 80 ładuje kondensator 90 przez rezystor 87. Wykładnicze ładowanie kondensatora 90 wzrasta stopniowo od potencjału uziemienia, gdy kondensator 90 ładuje się przez rezystor 87. W wyniku ładowania jest dostarczany wzrastający stopniowo sygnał na końcówce 50, doprowadzany przewodem 88 do jednostki sterującej 46, która reguluje przetwornik 44 w celu stopniowego zwiększania przekazywania energii do transformatora 48 i w końcu do obwodu obciążenia 26. To powoduje stopniowy, gładki wzrost energii od zera do warunków pracy w stanie ustalonym, gdzie sygnał na końcówce 50 jest określony przez sygnał 86 sprzężenia zwrotnego. Obwód obciążenia 26 zawiera przewód ujemny 92 i przewód dodatni 94 łączący równolegle pierwszy kondensator magazynujący 96, nadajnik 98 i przepływomierz Coriolisa 100. Nadajnik 98 i miernik Coriolisa 100 współpracują ze sobą, na przykład nadajnik 98 nadaje sygnały pomiarowe uzyskiwane z miernika Coriolisa 100 do sterownika nie pokazanego na rysunku lub innego takiego przyrządu. Przekaźnik 101, zawierający przełącznik 102 i cewkę 103, może być otwarty dla zapobiegania przepływowi prądu przez miernik Coriolisa 100 z obwodu 26 lub przełącznik 102 może być zamknięty dla dodania miernika Coriolisa 100 do obwodu 26. Miernik Coriolisa 100 korzystnie wprowadza większe obciążenie obwodu 26 niż nadajnik 98, to jest przy rozruchu obciążenie nadajnika 98 jest obciążeniem minimalnym i obciążenie dodawane przez miernik Coriolisa 100 jest obciążeniem maksymalnym. Jak to pokazano na fig. 1, nadajnik 98 i miernik Coriolisa 100 stanowią obciążenia rezystancyjne, jednak te obciążenia są częściej obciążeniami złożonymi, które mają także własności indukcyjności i pojemności.

Obwód sterowania 28 obciążeniem zawiera drugi komparator 104 napięcia, element logiczny I 126 i obwód logiczny sterowania 122, który dołącza się do sterowania, gdy jest wprowadzane lub usuwane drugie obciążenie. Komparator 104 napięcia odbiera napięcie z przewodów 92 i 94 przez przewody 106 i 108. Rezystor 110 jest połączony szeregowo z kondensatorem 112. Przewód 114 dołącza kondensator 112 do dodatniego przewodu 94 przez diodę 116, która umożliwia przepływ prądu z kondensatora 112 do przewodu 94, lecz nie pozwala na przepływ prądu z przewodu 94 przez przewód 114 do kondensatora 112. Dioda 116 zapewnia, że po odcięciu zasilania obwodu obciążenia 26, kondensator 112 może rozładować się przez odprowadzenie zmagazynowanego ładunku do kondensatora 96 i obciążenia nadajnika 98. To jest ważne, ponieważ kondensator 112 powinien być ładowany przy napięciu mniejszym lub równym napięciu kondensatora 96 w czasie rozruchu, tak że jego poziom ładowania opóźnia się względem poziomu ładowania kondensatora 96. Komparator 104 napięcia określa, kiedy napięcie z przewodów 106 i 108 osiągnęło wartość, która jest wystarczająca do działania miernika Coriolisa 100. Zgodnie z wynalazkiem opóźnia się dostarczanie energii do drugiego obciążenia (miernika Coriolisa 100) aż do czasu, gdy napięcie na pierwszym obciążeniu i kondensatorze 96 jest wystarczające do uruchomienia drugiego obciążenia. Kondensator 96, rezystor 110 i kondensator 112 działają jako elementy opóźniające dla zapewnienia, żeby miernik Coriolisa 100 nie był aktywowany, aż będzie wystarczająca energia do uruchomienia Coriolisa 100. Komparator 104 napięcia określa, kiedy napięcie z przewodów 106 i 108 osiągnęło wartość, która jest wystarczająca do działania miernika Coriolisa 100. Kom

182 612 parator 104 napięcia dostarcza następnie sygnał aktywacji przez przewód 118 do obwodu logicznego sterowania 122. Obwód logiczny sterowania 122 jest korzystnie integralną częścią nadajnika 98, chociaż jest pokazany na fig. 1 jako oddzielny element. Przewód 124 przyłącza obwód logiczny sterowania 122 do elementu logicznego I 126. Wyjście elementu logicznego I 126 jest dołączone do przełącznika 102 przez przewód 128 i ma następującą tablicę logiczną:

Wejście Wejście Wyjście 120__________124128

00

11

10

00

Zatem sygnał aktywacji reprezentujący logiczną 1 jest dostarczany z wyjścia komparatora 104 napięcia do elementu logicznego I 126 przez przewody 118 i 120. Ten sygnał jest także dostarczany do obwodu logicznego sterowania 122 przez przewód 118. Obwód logicznego sterowania 122 odbiera również informację stanu 121 nadajnika. Informacja stanu 121 nadajnika może rzeczywiście zawierać wiele wejść logicznych wskazujących stan różnych elementów obwodu obciążenia 26, wszystkie wytwarzane przez nadajnik 98. Dla przykładu, nadajnik 98 może, po zakończeniu programu diagnostycznego, dostarczać sygnał do obwodu logicznego sterowania 122 przez informację stanu 121 nadajnika, wskazując, że miernik Coriolisa 100 nie powinien być zasilany. Jeżeli logiczna 1 jest dostarczana z komparatora 104 napięcia przez przewód 118 i informacja stanu 121 nadajnika nie wskazuje żadnych problemów, wówczas obwód logiczny sterowania 122 dostarcza logiczną 1 przez przewód 124, tak że dwie wartości logiczne 1 są dostarczane do przewodów wejściowych 120 i 124. Element logiczny 1126 włącza i dostarcza napięcie aktywacji reprezentujące logiczną 1 do przewodu 128. To napięcie aktywacji jest dostarczane do przekaźnika 101 i zamyka przełącznik 102. Podobnie element logiczny I 126 wytwarza wartość logiczną 0, to jest sygnał dezaktywacji, dla otworzenia przełącznika 102 w przypadku, gdy żaden z wejściowych przewodów 120 lub 124 nie zasila elementu logicznego 1126 sygnałami reprezentującymi wartości logiczne 1.

Figura 2 przedstawia wykresy czasowe napięć i prądu, które występują podczas rozruchu układu 20 pomiędzy prądem wejściowym (Ij) na wejściu przetwornika 44, płynącym przez przewód 36, napięciem wejściowym (V,) na wejściu przetwornika 44, występującym pomiędzy przewodami 36 i 38, a napięciem wyjściowym (Vo) w obwodzie wykorzystania 26 mocy, występującym pomiędzy przewodami 94 i 92. Figura 3 przedstawia sieć działań procesu, która opisuje działanie układu 20. Poniżej przedstawiono działanie układu 20 w odniesieniu do wykresów czasowych z fig. 2.

W odniesieniu do fig. 2 i 3, w etapie P200 (t < to) procesu układ zasilania 20 jest początkowo wyłączony. W tym stanie układ 20 wymaga także ładowania, ponieważ został odłączony od źródła 30 energii lub nigdy nie był dołączony. Odłączenie i ponowne dołączenie źródła 30 energii jest korzystnie realizowane przez przełącznik ręczny (nie pokazany) w przetworniku 44 lub źródle 30 energii. Przełącznik 74 jest normalnie zamknięty w tym stanie wyłączenia. Obwód obciążenia 26 nie jest w stanie operacyjnym, ponieważ przewód 88 dostarcza logiczne 0 do końcówki 50 w wyniku jego uziemienia przez przełącznik 74. Podobnie jakikolwiek ładunek w kondensatorze 90 jest odprowadzany przez przewód 78 i przełącznik 74. Przełącznik 102 jest normalnie otwarty w tym etapie, więc miernik Coriolisa 100 jest izolowany od obwodu obciążenia 26.

W etapie P202 (to < t < ti) energia jest najpierw dostarczana do układu 20 ze źródła 30 energii w czasie to (patrz fig. 2). Komparator 68 odcięcia podnapięcia utrzymuje przełącznik 74 w położeniu zamkniętym, podczas gdy kondensator 66 po stronie pierwotnej ładuje się, aż zostanie osiągnięte napięcie operacyjne w przewodach 70 i 72 w czasie ti.

W etapie P204 (t = ti) komparator 68 odcięcia otwiera przełącznik 74 w czasie ti, jako wynik określenia przez komparator 68 odcięcia podnapięcia, że napięcie pomiędzy przewodami 70 i 72 jest równe lub przekracza określoną wartość lub poziom progowy włączenia.

182 612

Ten określony poziom progowy napięcia jest wybrany dla dostarczania operacyjnego napięcia wejściowego (V0 do przetwornika 44. Otworzenie przełącznika 74 eliminuje dołączenie do uziemienia 76 w obwodzie sterowania 24 mocą wejściową.

W etapie P206 (tj < t < t?) napięcie wyjściowe (Vo) jest stopniowo zwiększane, gdy energia jest przekazywana do obwodu obciążenia 26. Wzmacniacz operacyjny 80 odejmuje napięcie sprzężenia zwrotnego 84 od napięcia odniesienia 82 i wytwarza napięcie sprzężenia zwrotnego 86, ponieważ obwód obciążenia 26 w tym czasie nie ma dokładnego żadnego napięcia. Prąd ze wzmacniacza operacyjnego 80 stopniowo ładuje kondensator 90 przez rezystor 87 i przewód 88. Napięcie kondensatora 90 jest przekazywane na końcówkę 50 przez przewód 88 i dostarcza stopniowo wzrastające napięcie do jednostki sterującej 46. Jednostka sterująca 46 powoduje, że przetwornik 44 stopniowo przekazuje więcej energii ze źródła 30 zasilania przez przetworniki 36 i 38 do transformatora 48. Przetwornik 44 przetwarza prąd stały z przewodów 36 i 38 w prąd przemienny. Transformator 48 transformuje napięcie do poziomu operacyjnego dla zastosowania przez obwód obciążenia 26. Prostownik 58 przetwarza prąd przemienny w prąd stały. Stopniowy wzrost energii przekazywanej przez przetwornik 44 powoduje stopniowy wzrost prądu wejściowego (I,). Stopniowe zwiększanie prądu wejściowego (10 jest przekazywane do przetwornika 44 z końcówki 32 źródła 30 stałego napięcia przez rezystor 40 rozdzielania mocy i przewód 36 do przetwornika 44. Podobnie ten sam stopniowo zwiększający się prąd wejściowy (10 powraca z przetwornika 44 przez przewód 38 i rezystor 42 rozdzielania mocy do końcówki 34 źródła 30 energii. Prąd wejściowy (10 powoduje stopniowo zwiększający się spadek napięcia na rezystorach 40 i 42 rozdzielania mocy, wywołując odpowiedni spadek napięcia wejściowego (V0 pomiędzy przewodami 36 i 38. Podczas etapu P206 kondensator magazynujący 96 zaczyna ładować się i dostarcza zwiększające się napięcie wyjściowe (Vo) do nadajnika 98 obwodu obciążenia 26.

W czasie t = t2 ładowanie pierwszego kondensatora magazynującego 96 jest zakończone. Ładowanie drugiego kondensatora 112 w obwodzie sterowania 28 obciążeniem jest częściowo zakończone. Przełącznik 102 jest nadal otwarty, izolując miernik Coriolisa 100 od obwodu obciążenia 26. Pierwszy kondensator magazynujący 96 i nadajnik 98 odbierają energię z przewodów 92 i 94. Drugi kondensator 112 odbiera energię z przewodów 106 i 108. Wówczas gdy kondensatory 96 i 112 mają jednakowe wymiary, pierwszy kondensator magazynujący 96 ładuje się najpierw, ponieważ całkowite naładowanie drugiego kondensatora 112 jest opóźnione w wyniku zastosowania szeregowego rezystora 110, który ma zadaną wartość rezystancji do zapewnienia właściwego opóźnienia. Po zakończeniu sterowanego wzrostu mocy wejściowej przez kondensator 90, napięcie wyjściowe (Vq) jest utrzymywane jako stałe przez obwód przetwornika 22 z regulowanym sprzężeniem zwrotnym, który wytwarza sygnał na końcówce 50 dla spowodowania, żeby jednostka sterująca 46 regulowała przekazywanie energii przetwornika 44 do transformatora 48.

W etapie P208 (t2 < t < ta) proces ładowania drugiego kondensatora 112 jest kontynuowany i prąd wejściowy (10 maleje nieznacznie, ponieważ potrzeba zasilania wejściowego dla ładowania elementów magazynujących zmalała, gdyż kondensator 96 jest naładowany. Zmniejszenie się prądu wejściowego (10 powoduje nieznaczny wzrost napięcia wejściowego (V0.

W etapie P210 (t = tj) komparator 104 napięcia określa w czasie t3, że różnica napięcia pomiędzy przewodami 106 i 108 oraz na drugim kondensatorze 112 jest wystarczająca do uruchomienia miernika Coriolisa 100, to jest napięcie w obwodzie obciążenia 26 przy otwartym przełączniku 102 zostało wytworzone do określonej wartości progowej. Zgodnie z tym komparator 104 napięcia w czasie t3 dostarcza sygnał napięciowy reprezentujący logiczną 1 do elementu logicznego 1126 i obwodu logicznego sterowania 122 przez przewody 118 i 120. Nadal element logiczny I 126 nie może zamknąć przełącznika 102, aż odpowiednia wartość logiczna 1 zostanie odebrana z obwodu logicznego sterowania 122 poprzez przewód 124.

W etapie P212 (t3 < t < tą) pobór mocy jest stały, ponieważ cała pojemność magazynująca jest naładowana i obciążenie jest stałe. Wobec tego dla napięcia V! i prądu I, istnieje płaska część w przedziale czasu od t3 do tą, podczas gdy obwód logiczny sterowania 122 określa na podstawie informacji stanu 121 nadajnika, że wszystkie stany są zadawalające do uruchomienia miernika Coriolisa 100. Opóźnienie w przedziale czasu od t3 do tą może na przykład

182 612 umożliwić przeprowadzenie przez nadajnik 98 algorytmów samodiagnostycznych lub ogrzanie elementów wewnętrznych do temperatur roboczych. W przeciwnym przypadku przedział płaski w przedziale czasu od t₃ do Ł może być wyeliminowany.

W etapie P214 (U < t < ts) obwód logiczny sterowania 122 dostarcza logiczną 1 do przewodu 124 w czasie t = ¢4. Wobec tego element logiczny I 126 dostarcza napięcie wyjściowe, które zamyka przełącznik 102. Obwód obciążenia 26 wprowadza w tej chwili złożone obciążenie miernika Coriolisa 100. Miernik Coriolisa 100 pobiera energię, gdy zaczyna pracować. Miernik Coriolisa 100 zawiera wewnętrzny, rurowy przyrząd oscylacyjny, który działa podobnie jak silnik elektryczny, to jest występuje duże zapotrzebowanie początkowe na prąd wejściowy (Ii) w przedziale czasu od U do ts, co wywołuje odpowiedni spadek napięcia V,.

W przedziale czasu od ts do tg oscylator osiąga optymalną częstotliwość i amplitudę, a zapotrzebowanie na prąd wejściowy (I,) maleje wraz z odpowiednim wzrostem napięcia wejściowego (YJ. Układ zasilania 20 działa w stanie zasadniczo ustalonym w przedziale czasu od tó do t? (etap P220).

W etapie P216 komparator 104 napięcia w sposób ciągły kontroluje napięcie na drugim kondensatorze 112 w celu określenia, czy napięcie spada poniżej ustalonej wartości. Ta ustalona wartość jest korzystnie o około trzydzieści procent mniejsza niż wartość progowa, która powoduje, że komparator 104 napięcia przekazuje sygnał zamykający przełącznik 102, przy czym napięcie jest jeszcze dopuszczalne dla działania nadajnika 98 i miernika Coriolisa 100. Jeżeli w etapie P216 napięcie spada poniżej tej ustalonej wartości, następuje wówczas etap P222, w przeciwnym razie następuje etap P218.

W etapie P222 komparator 104 napięcia zmienia sygnał wyjściowy wzdłuż przewodów 118 i 120 w celu reprezentacji logicznego 0. Wówczas przełącznik 102 jest otwarty dla usunięcia obciążenia, odpowiadającego miernikowi Coriolisa 100, z obwodu obciążenia 26. Obwód analogowy układu zasilania 20 jest następnie wprowadzany w zasadniczo taki sam stan, jaki występował w etapie P208, przy czym kondensator 112 jest ładowany, co stanowi warunek wstępny dla zamknięcia przełącznika 102.

W etapie P218 komparator 68 odcięcia podnapięcia w sposób ciągły kontroluje napięcie wejściowe (Vi) pomiędzy przewodami 36 i 38 w celu określenia, czy napięcie spada poniżej wartości progowej wyłączenia. Ta wartość progowa wyłączenia jest korzystnie znacznie mniejsza niż wartość progowa włączenia, która powoduje, że komparator 68 odcięcia podnapięcia otwiera przełącznik 74 i początkuje rozruch, przy czym jest ona dopuszczalna dla działania nadajnika 98. Jeżeli w etapie P218 napięcie spada poniżej tej wartości progowej wyłączenia, następuje wówczas etap P224, w przeciwnym razie układ pozostaje w stanie ustalonym etapie P220.

W etapie P224 komparator 68 odcięcia podnapięcia zamyka przełącznik 74, który uziemia końcówkę 50 przez przewody 88. Sygnał uziemienia jest odbierany przez jednostkę sterującą 46, która powoduje, że przetwornik 44 przestaje przekazywać energię do transformatora 48. Zamknięty przełącznik 74 uziemia również kondensator 90 przez przewód 78, który rozładowuje kondensator 90. Obwód analogowy układu zasilania 20 jest następnie wprowadzany w zasadniczo ten sam stan, jaki występuje w etapie P202, z napięciem wejściowym (Vi) poniżej napięcia dopuszczalnego do pracy nadajnika 98.

Dla uproszczenia etapy P216 i P218 są pokazane na fig. 3 jako zdarzenia sekwencyjne, jednak w rzeczywistości kontrola następuje w sposób ciągły i może powodować kolejne etapy P222 i P224 w dowolnym czasie. Etapy P218 i P224 będą przestawiać wszystkie etapy po dostarczeniu zasilania (etap P200).

Czasami będzie pożądane uruchamiać obwód przetwornika 22 mocy w połączeniu z dodatkowymi obciążeniami. Na przykład trzecie obciążenie może być połączone równolegle z nadajnikiem 98 i miernikiem Coriolisa 100. W tym przypadku obwód sterowania 28 obciążeniem jest powtarzany dla trzeciego obciążenia. Powtórzony obwód sterowania wykorzystaniem jest identyczny jak obwód sterowania 28, oprócz tego, że przełącznik 102 w tym obwodzie steruje przepływem prądu przez trzecie obciążenie. Dodatkowo rezystor 110 w powtórzonym obwodzie ma rezystancję większą niż rezystor 110 obwodu sterowania 28. Dodatkowe złożone obciążenia, na przykład obciążenie 130, mogą także być dołączone dla zmiany

182 612 kierunku energii z obwodu przetwornika 22 mocy przez tory 132 i 134. To odprowadzanie energii, szczególnie przy rozruchu obciążenia 130, powoduje wytwarzanie odpowiedniego spadku napięcia wejściowego (VJ pomiędzy przewodami 36 i 38. Jeżeli napięcie wejściowe (Vj) pozostaje większe od wartości progowej wyłączenia dla komparatora 68 odcięcia podnapięcia, wówczas działanie nadal nie zmienia się. Jeżeli napięcie wejściowe (Vj) spada poniżej wartości progowej wyłączenia dla komparatora 68 odcięcia podnapięcia, wówczas obwód analogowy układu zasilania 20 jest wprowadzany w zasadniczo ten sam stan, jaki występuje w etapie P224. To prowadzi do etapu P202 z napięciem wejściowym (V;) poniżej napięcia dopuszczalnego dla działania nadajnika 98.

Układ zasilania 20 działa w sposób odmienny niż znane układy, które nie mają, obwodu sterowania 28 obciążeniem. W znanych układach wszystkie elementy obwodu sterowania 28 obciążeniem od przewodów 121, 106, 108 i 114 do przekaźnika 101 nie występują, Przełącznik 102, jeżeli występuje, jest zawsze zamknięty. Jak to podano, miernik Coriolisa 100 zawiera oscylator, który powoduje drgania pary rur. Oscylator jest analogiczny do silnika elektrycznego, ponieważ pobiera bardzo duży początkowy prąd udarowy, przy czym przepływ prądu stabilizuje się przy zmniejszonym poziomie po osiągnięciu przez oscylator operacyjnej częstotliwości i amplitudy drgań. Oscylator rur przepływowych w mierniku Coriolisa 100 jest podstawową cechą operacji pomiarowej. Duży pobór mocy przez miernik Coriolisa 100, gdy zaczyna działać, powoduje odpowiednio równy pobór mocy na wejściach przetwornika 44. Zwiększony pobór mocy powoduje zwiększony prąd wejściowy (Ii) i przepływ prądu wejściowego do przetwornika 44 z końcówki 32 źródła 30 zasilania stałonapięciowego i poprzez rezystor 40 rozdzielania mocy i przewód 36 do przetwornika 44. Podobnie ten sam wzrastający prąd wejściowy (Ij) wraca z przetwornika 44 przez przewód 38 i rezystor 42 rozdzielania mocy do końcówki 34 źródła 30 zasilania. Wzrastający prąd wejściowy (Ij) powoduje wzrastający spadek napięcia na rezystorach 40 i 42 rozdzielania mocy, powodując odpowiedni spadek napięcia wejściowego (Vj) pomiędzy przewodami 36 i 38. Ten spadek napięcia spowodowany przez duży prąd wejściowy (Ij) powoduje czasami powstanie sytuacji, w której w przetworniku 44 występują niewystarczające napięcie wejściowe (V]) i prąd wejściowy (IJ zasilania wymaganego przez miernik 100 w celu zasilania oscylatora dla uzyskania jego zaprojektowanej częstotliwości i amplitudy drgań. Wobec tego kondensator 96 nigdy nie naładuje się całkowicie do napięcia operacyjnego dla nadajnika 94 i miernika Coriolisa 100.

182 612

182 612

CZAS

FIG. 2

182 612

182 612

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims (10)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ zasilania z obciążeniem stopniowanym zawierający wejściowy obwód zasilający, zawierający źródło energii, obwód obciążenia, który jest dołączony do obwodu zasilającego i zawiera pierwsze obciążenie i drugie obciążenie, obwód sterowania mocą wejściową który jest dołączony do wejściowego obwodu zasilającego oraz zawiera detektor amplitudy napięcia wejściowego i pierwszy komparator napięcia dołączony do detektora amplitudy napięcia wejściowego, porównujący amplitudę napięcia wejściowego z zadaną pierwszą wartością progową i zapobiegający transmisji mocy z wejściowego obwodu zasilającego do pierwszego obciążenia do czasu co najmniej zrównania się amplitudy napięcia wejściowego z pierwszą wartością progową oraz obwód sterowania obciążeniem, który jest dołączony do obwodu obciążenią znamienny tym, że obwód sterowania obciążeniem (28) zawiera zespół elektrycznych obwodów opóźniających podawanie mocy do drugiego obciążenia (100), aż do pojawienia się na pierwszym obciążeniu (98) napięcia dostatecznego do pracy drugiego obciążenia (100), z pierwszym kondensatorem magazynującym (96) dołączonym równolegle do pierwszego obciążenia (98), szeregowym połączeniem drugiego kondensatora (112) i rezystora (110) dołączonym równolegle do pierwszego obciążenia (98), oraz dołączonym do zacisków drugiego kondensatora (112) drugim komparatorem (104) napięcia porównującym napięcie na drugim kondensatorze (112) z zadaną z góry drugą wartością progową i generującym na wyjściu sygnał aktywacji, kiedy napięcie na drugim kondensatorze (112) osiąga drugą wartość progową oraz zawiera dołączony do wyjścia drugiego komparatora (104) napięcia zespół elektrycznych obwodów komutacyjnych dołączający zasilanie do drugiego obciążenia (100) w odpowiedzi na sygnał aktywacji.
2. 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że zespół obwodów komutacyjnych zawiera przełącznik (102) i jego sterownik (126), który zamyka przełącznik (102) po otrzymaniu sygnału aktywacji z drugiego komparatora (104) napięcia.
3. 3. Układ według zastrz. 2, znamienny tym, że pierwszym obciążeniem jest nadajnik (98) a drugim obciążeniem jest miernik (100) Coriolisa.
4. 4. Układ według zastrz. 2, znamienny tym, że sterownik (126) przełącznika zawiera bramkę AND (126), której zaciski wejściowe połączone są z drugim komparatorem (104) napięcia i logicznym obwodem sterującym (122).
5. 5. Układ według zastrz. 2, znamienny tym, że drugi komparator (104) napięcia jest komparatorem porównującym napięcie na drugim kondensatorze (112) z zadaną trzecią wartością progową przy której napięcie pracy nie jest już dostateczne do pracy drugiego obciążenia (100), przy czym drugi komparator (104) napięcia generuje na wyjściu sygnał dezaktywacji zespołu obwodów komutacyjnych odłączający zasilanie od drugiego obciążenia (100), kiedy napięcie na drugim kondensatorze (112) spada poniżej trzeciej wartości progowej.
6. 6. Układ według zastrz. 5, znamienny tym, że zespół obwodów komutacyjnych zawiera przełącznik (102) i jego sterownik (126), który po otrzymaniu sygnału dezaktywacji otwiera przełącznik (102).
7. 7. Układ według zastrz. 6, znamienny tym, że pierwszym obciążeniem jest nadajnik (98) a drugim obciążeniem jest miernik (100) Coriolisa.
8. 8. Układ według zastrz. 6, znamienny tym, że sterownik (126) przełącznika zawiera bramkę AND (126), której zaciski wejściowe połączone są z drugim komparatorem (104) napięcia i logicznym obwodem sterującym (122).
9. 9. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że wejściowy obwód zasilający (21) zawiera zespół złożony z szeregowo połączonej przetwornicy (44) napięcia stałego na zmienne, transformatora (48) i prostownika (58).
10. 10. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwszy komparator (68) napięcia w obwodzie (24) sterowania mocą wejściową porównuje amplitudę napięcia wejściowego

    182 612 z zadaną czwartą wartością progową, przy której napięcie wejściowe nie jest już dostateczne do pracy pierwszego obciążenia (98), przy czym pierwszy komparator (68) napięcia przerywa transmisję mocy z wejściowego obwodu zasilającego (21) do pierwszego obciążenia (98), kiedy amplituda napięcia na drugim kondensatorze (112) spada poniżej czwartej wartości progowej.

    * * *