Устройство для контроля параметров вторичного источника бесперебойного питания
Владельцы патента RU 2689323:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)
Использование: в области электротехники. Технический результат – обеспечение контроля электрических параметров источника в процессе его работы у потребителя. Устройство для контроля параметров вторичного источника бесперебойного питания содержит компьютер, подключенный к микроконтроллеру, выход которого соединен с запоминающим устройством, а входы подключены к аналого-цифровому преобразователю и генератору, управляемому напряжением, который связан с блоком сжатия. Блок сжатия содержит четыре дифференцирующих усилителя, выходы которых подключены к сумматору, который связан с генератором, управляемым напряжением, а входы дифференцирующих усилителей подключены к входам аналого-цифрового преобразователя и выходам согласующего устройства, к входам которого подключены входная сеть и выход вторичного источника бесперебойного питания, вход которого подключен к входной сети, а выход - к нагрузке. 3 ил.
Изобретение относится к области измерения электрических величин, а именно к измерению токов и напряжений при испытаниях и проверке источников бесперебойного питания и может быть использовано в испытательных стендах космических аппаратов.
Известно устройство испытаний вторичного источника питания [RU 142950 U1, МПК Н02J 13/00 (2006.01), опубл. 10.07.2014], выбранное в качестве прототипа, содержащее тестируемый источник питания, первый анализатор качества электроэнергии, компьютер с программным обеспечением, второй анализатор качества электроэнергии, нагрузку. Вход тестируемого источника бесперебойного питания объединен со входом контроля параметров входных цепей источника питания первого анализатора качества электроэнергии. Выход тестируемого источника питания соединен со входом контроля параметров выходных цепей источника питания второго анализатора качества электроэнергии и со входом нагрузки. Выход первого анализатора качества электроэнергии соединен с первым входом компьютера, второй вход которого соединен с выходом второго анализатора качества электроэнергии. Третий вход компьютера является управляемым. Первый вход лабораторного автотрансформатора соединен с источником питания, а второй вход является управляемым. Выход лабораторного автотрансформатора соединен с объединенным входом тестируемого источника питания и первого анализатора качества электроэнергии. Выход тестируемого источника питания соединен с четвертым входом компьютера.
Однако это устройство не позволяет контролировать параметры источника питания в процессе работы при наземных испытаниях космического аппарата.
Техническим результатом предложенного изобретения является разработка устройства для контроля параметров вторичного источника питания, которое контролирует электрические параметры в процессе его работы у потребителя.
Устройство контроля параметров вторичного источника бесперебойного питания, так же как в прототипе, содержит тестируемый источник питания, вход которого подключен к входной сети, а выход к нагрузке, компьютер.
Согласно изобретению компьютер подключен к микроконтроллеру, выход которого соединен с запоминающим устройством, а входы подключены к аналого-цифровому преобразователю и генератору, управляемому напряжением, который связан с блоком сжатия, который содержит четыре дифференцирующих усилителя, выходы которых подключены к сумматору, который связан с генератором, управляемым напряжением. Входы дифференцирующих усилителей подключены к входам аналого-цифрового преобразователя и выходам согласующего устройства, к входам которого подключены входная сеть и выход вторичного источника бесперебойного питания.
Устройство позволяет проводить контроль и анализ параметров вторичного источника бесперебойного питания после проведения наземных испытаний космического аппарата: входного и выходного тока, уровня его отклонения, входного и выходного напряжения, уровня его отклонения, длительности переходного процесса, мощности, потребляемой и отдаваемой в нагрузку.
На фиг. 1 представлена схема устройства для контроля параметров вторичного источника бесперебойного питания.
На фиг. 2 показана схема блока сжатия 5 (БС).
На фиг. 3 показаны графики зависимостей а) - выходного тока и б) - выходного напряжения от времени на входе согласующего устройства 1 (СУ); в) выходного напряжения от времени на выходе первого дифференцирующего усилителя 10 (ДУ1) и г) -на выходе второго дифференцирующего усилителя 11 (ДУ2); д) - выходного напряжения от времени на выходе сумматора 14 (С); е) - выходного напряжения от времени на выходе генератора, управляемого напряжением 6 (ГУН); графики, отображаемые на экране персонального компьютера 9 (ПК), восстановленных форм ж) - тока и з) - напряжения от времени.
Устройство контроля параметров вторичного источника бесперебойного питания содержит согласующее устройство 1 (СУ), входы которого подключены к входной сети 2 (ВС) и выходу вторичного источника питания 3 (ИП), подключенного к входной сети 2 (ВС) и к нагрузке. Выходы согласующего устройства 1 (СУ) соединены с входами аналого-цифрового преобразователя 4 (АЦП), а также с входами блока сжатия 5 (БС), выход которого соединен с входом генератора, управляемого напряжением 6 (ГУН), выход которого подключен к микроконтроллеру 7 (МК). Микроконтроллер 7 (МК) соединен с входами запоминающего устройства 8 (ЗУ), персонального компьютера 9 (ПК) и выходом аналого-цифрового преобразователя 4 (АЦП).
Блок сжатия 5 (БС) (фиг. 2) содержит четыре дифференцирующих усилителя 10 (ДУ1), 11 (ДУ2), 12 (ДУЗ), 13 (ДУ4) и сумматор 14 (С).
Все дифференцирующие усилители выполнены одинаково и каждый содержит резистор 15, один вывод которого подключен к конденсатору 16 и инвертирующему входу операционного усилителя 17 (ОУ1). Второй вывод резистора 15, подключен к выходу операционного усилителя 17 (ОУ1). Неинвертирующий вход операционного усилителя 17 (ОУ1) подключен к общей шине питания 18.
Сумматор 14 (С) содержит второй 19, третий 20, четвертый 21 и пятый 22 резисторы, один вывод которых подключен к инвертирующему входу второго операционного усилителя 23 (ОУ2) и шестому резистору 24, второй вывод которого соединен с выходом второго операционного усилителя 23 (ОУ2). Неинвертирующий вход второго операционного усилителя 23 (ОУ2) подключен к общей шине питания 18.
Выходы операционных усилителей 17 (ОУ1) каждого дифференцирующего усилителя 10 (ДУ1), 11 (ДУ2), 12 (ДУ3), 13 (ДУ4) подключены к вторым выводам соответствующих резисторов 19, 20, 21 и 22.
Выход второго операционного усилителя 23 (ОУ2) связан с генератором, управляемым напряжением 6 (ГУН).
Другой вывод конденсаторов 16 дифференцирующих усилителей 10 (ДУ1), 11 (ДУ2), 12 (ДУ3), 13 (ДУ4) подключен к выходам согласующего устройства 1 (СУ) и к входам аналого-цифрового преобразователя 4 (АЦП).
Согласующее устройство 1 (СУ) выполнено на резисторах типа Р1-12 и стабилитроне 2С117А. Аналого-цифровой преобразователь 4 (АЦП) собран на микросхеме AD9272. Генератор, управляемый напряжением 6 (ГУН) может быть выполнен на микросхеме NE555. В качестве микроконтроллера 7 (МК) использован микроконтроллер ATMEGA 128. Запоминающее устройство 8 (ЗУ), объемом не менее 64 Кб, выполнено на микросхемах IDT72V293. Персональный компьютер 9 (ПК) может быть любым, например, Acer "Revo RL70". В качестве операционных усилителей 17 (ОУ1) и 23 (ОУ2) выбраны типовые операционные усилители К544УД2. В качестве резисторов 15, 19, 20, 21, 22 и 24 использованы резисторы типа Р1-12. В качестве конденсатора 16 выбран конденсатор типа К10-47.
Были проведены испытания вторичного источника бесперебойного питания 3 (ИП), используемого при испытании космического аппарата, преобразующего постоянное напряжение 100 вольт входной сети 2 (ВС) в постоянное выходное напряжение 30 вольт.
Источник бесперебойного питания 3 (ИП) был подключен к бортовой электронной аппаратуре космического аппарата. При подаче на его вход напряжения питания, входное и выходное напряжение вторичного источника бесперебойного питания 3 (ИП), а также входной и выходной ток поступали на входы согласующего устройства 1 (СУ), где понизились до уровня, необходимого для работы с аналого-цифровым преобразователем 4 (АЦП) и блоком сжатия 5 (БС). Выходные данные с аналого-цифрового преобразователя 4 (АЦП) поступали на микроконтроллер 7 (МК), который по сигналам с блока сжатия 5 (БС) записывал эти данные в запоминающее устройство 8 (ЗУ).
Одновременно, входное и выходное напряжение, а также входной и выходной ток вторичного источника питания 3 (ИП) через согласующее устройство 1 (СУ) поступали на вход блока сжатия 5 (БС). Блок сжатия 5 (БС) формировал напряжение, пропорциональное значению первой производной, которое поступало на вход генератора, управляемого напряжением 6 (ГУН). Генератор, управляемый напряжением 6 (ГУН) в зависимости от уровня поступающего на него напряжения с блока сжатия 5 (БС), изменял частоту генерируемых импульсов.
Если напряжения и токи на входах согласующего устройства 1 (СУ) не изменялись, то выходные напряжения каждого дифференцирующего усилителя 10 (ДУ1), 11 (ДУ2), 12 (ДУ3), 13 (ДУ4) были равны нулю, и соответственно выходное напряжение сумматора 14 (С) также было равно нулю, поэтому частота генератора, управляемого напряжением 6 (ГУН) минимальна.
При изменении выходного тока и выходного напряжения на входе согласующего устройства 1 (СУ) в момент времени *о (а и б на фиг. 3), на выходе первого дифференцирующего усилителя 10 (ДУ1) и второго дифференцирующего усилителя 11 (ДУ2) появляются напряжения, пропорциональные производной от этих изменений (в, г на фиг. 3), которые, пройдя через сумматор 14 (С) (д на фиг. 3), поступают на генератор, управляемый напряжением 6 (ГУН), при этом частота генерируемых импульсов возрастает (е на фиг. 3). В соответствии с выходной частотой генератора, управляемого напряжением 6 (ГУН) микроконтроллер 7 (МК) производит считывание данных с аналого-цифрового преобразователя 4 (АЦП) и записывает их в запоминающее устройство 8 (ЗУ). Кроме этого, микроконтроллер 7 (МК) записывает текущее время, при котором произошло считывание данных с аналого-цифрового преобразователя 4 (АЦП). При анализе по сигналу запроса с персонального компьютера 9 (ПК), микроконтроллер 7 (МК) считывает данные из запоминающего устройства 8 (ЗУ) и передает их в персональный компьютер 9 (ПК), в котором производится восстановление и анализ данных о работе источника питания 3 (ИП).
На персональном компьютере 9 (ПК) отображаются следующие параметры: восстановленная форма выходного тока вторичного источника бесперебойного питания, мгновенный уровень тока в амперах, уровень отклонения выходного тока ΔI (ж на фиг. 3), восстановленная форма выходного напряжения, уровень отклонения выходного напряжения ΔU, мгновенное значение напряжения вольтах, длительность Т переходного процесса (з на фиг. 3).
Контроль входного напряжения и тока вторичного источника бесперебойного питания проводят аналогично вышеизложенному.
На основании полученных данных в виде мгновенных значений тока и напряжения проводят расчет мощности, отдаваемой в нагрузку и длительность переходного процесса.
Значение тока нагрузки I в момент времени t1 равно 8 ампер, а значение выходного напряжения равно 27 вольт. Отсюда мощность, отдаваемая в нагрузку:
P = I⋅U = 8⋅27 = 216 Вт.
Устройство контроля параметров вторичного источника бесперебойного питания, содержащее тестируемый источник питания, вход которого подключен к входной сети, а выход - к нагрузке, компьютер, отличающееся тем, что компьютер подключен к микроконтроллеру, выход которого соединен с запоминающим устройством, а входы подключены к аналого-цифровому преобразователю и генератору, управляемому напряжением, который связан с блоком сжатия, который содержит четыре дифференцирующих усилителя, выходы которых подключены к сумматору, который связан с генератором, управляемым напряжением, а входы дифференцирующих усилителей подключены к входам аналого-цифрового преобразователя и выходам согласующего устройства, к входам которого подключены входная сеть и выход вторичного источника бесперебойного питания.
