СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ВТОРИЧНОГО ИСТОЧНИКА БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ
METHOD OF CONTROLLING PARAMETERS OF A SECONDARY UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY

Изобретение относится к области измерения электрических величин, а именно к измерению токов и напряжений при испытаниях и проверке источников бесперебойного питания и может быть использован в испытательных стендах космических аппаратов.
Известен способ испытаний вторичного источника бесперебойного питания [RU 142950 U1, МПК H02J 13/00 (2006.01), опубл. 10.07.2014], выбранный в качестве прототипа, в котором с помощью автотрансформатора изменяют входные параметры сети электропитания, изменяют нагрузку источника питания, измеряют входной и выходной токи и напряжения источника бесперебойного питания, сохраняют эти данные, а затем производят анализ входного и выходного напряжений и токов, определяют потребляемую и отдаваемую в нагрузку активную и полную мощности, гармонические искажения тока и напряжения на входе и выходе источника бесперебойного питания.
Однако этот способ не позволяет контролировать параметры источника питания в процессе работы при наземных испытаниях космического аппарата.
Техническим результатом предложенного изобретения является разработка способа контроля параметров вторичного источника бесперебойного питания в процессе его работы у потребителя.
Способ контроля параметров вторичного источника бесперебойного питания, также как в прототипе, включает измерение входного и выходного токов и напряжений, их сохранение и анализ, на основании которого определяют потребляемую и отдаваемую в нагрузку мощность.
Согласно изобретению измерения осуществляют в процессе работы у потребителя только при изменении входных или выходных параметров вторичного источника бесперебойного питания, причем после измерения входного и выходного токов и напряжений определяют первую производную этих сигналов, на основе которых, предварительно определив частоту аналого-цифровых преобразований, производят аналого-цифровое преобразование входного и выходного токов и напряжений, сохраняют полученные значения и производят их анализ, на основании которого определяют потребляемую и отдаваемую в нагрузку мощности и оценивают длительность переходного процесса.
Способ 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, реализующего предлагаемый способ.
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 из) - напряжения от времени.
Способ контроля параметров вторичного источника бесперебойного питания осуществлен с помощью устройства, которое 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 (ДУ3), 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, используемого при испытании космического аппарата, преобразующего входное постоянное напряжение 100 вольт 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.
0
При изменении выходного тока и выходного напряжения на входе согласующего устройства 1 (СУ) в момент времени t (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.
1
Значение тока нагрузки I в момент времени t. равно 8 ампер, а значение выходного напряжения равно 27 вольт. Отсюда мощность, отдаваемая в нагрузку:
Р=I*U=8*27=216 Вт