5.5. Имитаторы длительных помех из сети питания

Имитатор длительных помех — это устройство, имитирующее возникновение в сети питания испытуемого ЦТС провалов напряжения или перенапряжений. Практически имитируемые процессы реализуются путем включения в промежуток между фазой сети питания и нагрузкой добавочных сопротивлений или источников напряжения. Имитатор обычно состоит из блока коммутации и блока управления. Блок коммутации содержит технические средства, с помощью которых устанавливается глубина провала или амплитуда перенапряжения. С помощью технических средств блока управления устанавливаются длительность и частота повторения процессов.

Блок коммутации

Основные разновидности блоков коммутации имитаторов длительных помех приведены на рис. 5.11. Их можно подразделить на блоки, в которых коммутируются добавочные сопротивления (рис. 5.11, а — г), и блоки, в которых коммутируются добавочные источники напряжений (рис. 5.11, д - ж). Второй классификационный признак — это физическое исполнение коммутационных ключей: с с применением контактов (реле, например) или бесконтактное (тиристоры, симисторы).

В наиболее ранних зарубежных [87] и отечественных [100] разработках имитаторов длительных помех добавочные сопротивления коммутировались с помощью тиристорных ключей.

Универсальная схема блока с добавочными сопротивлениями и контактными ключами изображена на рис. 5.11, а. Здесь входное напряжение устанавливается с помощью автотрансформатора (АТР). Для создания

(см. скан)

Рис. 5.11. Основные разновидности блоков коммутации имитаторов длительных помех

провалов напряжение устанавливается равным напряжению сети (для этого режима применение АТР необязательно). Для создания перенапряжений напряжение с помощью АТР устанавливается равным .

Изменение коэффициента передачи четырехполюсника осуществляется с помощью ключей или При замыкании ключа или размыкании ключа напряжение на нагрузке возрастает на (реализуется перенапряжение)

при размыкании или замыкании оно уменьшается на (реализуется провал).

Наличие цепи и ключа оправдано только в тех случаях, когда сопротивление нагрузки весьма велико и ток, потребляемый нагрузкой, недостаточен для создания необходимого перепада напряжения на сопротивлении

Более простой и экономичной с энергетической точки зрения (по рассеиваемой мощности) является схемд, приведенная на рис. 5.11,б. Схема содержит потенциометр и ключ Кроме того, имеется переключатель на два положения. При генерации провалов переключатель ставится в положение Я, а при генерации перенапряжений (выбросов) — в положение В.

Проведем элементарный расчет в целях определения необходимых пределов изменения сопротивления и входного напряжения . Будем исходить из того, что имитатор должен иметь возможность осуществлять проват глубиной от 15 до и перенапряжения с амплитудой от 10 до 50 % номинального напряжения сети для диапазона нагрузок с номинальными потребляемыми мощностями от до , где — соответственно максимальное и минимальное сопротивление нагрузки.

При осуществлении провала напряжения ключ в исходном состоянии замкнут, а входное напряжение

После размыкания ключа падение напряжения на сопротивлении равно глубине провала:

откуда

Таким образом,

Мощность, рассеиваемая на резисторе равна:

Эта мощность максимальна, когда

При осуществлении перенапряжения ключ в исходном состоянии разомкнут, а входное и выходное напряжения равны соответственно: .

После замыкания ключа напряжение на нагрузке U становится равным . Амплитуда перенапряжения, с одной стороны, откуда и таким образом,

С другой стороны, откуда

Следовательно, должно быть

Мощность, рассеиваемая на резисторе равна:

Эта мощность максимальна, когда максимально, а минимально. Таким образом, .

Обобщая соотношения для провалов и перенапряжений, получаем следующие условия.

Входное напряжение должно изменяться в пределах

Сопротивление потенциометра должно изменяться в пределах Допустимая мощность, рассеиваемая потенциометром, должна быть не менее

При работе имитатора не должны возникать импульсные помехи, так как при этом возможны непредусмотренные сбои исследуемого устройства. Исключить импульсные помехи можно, либо установив между блоком коммутации и испытуемым устройством фильтр нижних частот, либо выполнив коммутацию ключа в моменты перехода напряжения сети через нуль. Весьма простая, но достаточно эффективная схема, позволяющая реализовать коммутацию в моменты перехода напряжения через нуль, приведена на рис. 5.11, в. Схема содержит две одинаковые цепи коммутации положительных и отрицательных полуволн напряжения сети. Движки потенциометров обеих цепей механически связаны. В качестве ключей использованы контакты реле входящих в состав управления блока имитатора. Переключение режима генерации провалов и перенапряжений осуществляется переключателем на два положения и четыре направления. Срабатывание и отпускание реле производятся таким образом, что в течение отрицательного полупериода напряжения сети срабатывает (или отпускается) реле а в следующий положительный полупериод срабатывает (или отпускается) реле При этом коммутация контактов реле

происходит в обесточенном состоянии и при отсутствии на них напряжения. Дребезг контактов не оказывает влияния на работу такой схемы. Принципиально возможно заменить контакты реле в данной схеме тиристорами (рис. 5.11, г).

В этой схеме выключатель дает возможность реализовать полный провал (отключение питания).

Все разновидности блока коммутации, содержащие добавочные сопротивления, обладают следующими недостатками. При имитации перенапряжения требуется выполнять по две регулировки. Действительно, сначала надо установить требующееся напряжение с помощью автотрансформатора, а затем, изменяя сопротивление следует установить номинальное напряжение на нагрузке. И только после этого можно коммутировать ключи Второй недостаток — это неадекватность имитируемых процессов реальным в случаях, когда нагрузка потребляет из сети питания импульсные токи. И, наконец, третий недостаток — большая мощность, рассеиваемая в блоке коммутации.

От указанных недостатков свободны блоки коммутации с добавочными источниками напряжения. На рис. изображен такой блок коммутации с контактным переключателем . Ключ коммутирует два источника напряжения: один с напряжением сети и второй с напряжением . В зависимости от положения движка автотрансформатора может быть меньше (имитируется провал) или больше (имитируется перенапряжение). Ключ может быть тиристорным (рис. 5.11, е) или симисторным (рис. 5.11, ж).

Некоторые схемы и технические характеристики имитаторов длительных помех

Имитаторы длительных помех отечественной промышленностью серийно пока не выпускаются. Поэтому ниже кратко описан ряд имитаторов, разработанных в период 1968-1980 гг. в СКВ вычислительных машин (г. Вильнюс).

Первым из них был трехфазный имитатор ИН-1 [101]. Блоки коммутации прибора выполнены по схеме на рис. 5.11, в. Схема управления построена из электромеханических элементов (реле и десятичных счетчиков) и осуществляет коммутацию контактов в блоке коммутатора в порядке, обеспечивающем начало и конец процессов в момент, когда напряжение сети переходит через нуль. Кроме того, схема управления обеспечивает периодизацию процессов с заданной

частотой и формирует заданную длительность процессов. Периодизация реализуется путем деления промышленной частоты двумя электромеханическими десятичными счетчиками, включенными каскадно. Заданная длительность реализуется с помощью сдвигового регистра, выполненного с помощью реле. Питание реле и счетчиков осуществляется пульсирующим напряжением, для чего последовательно с обмотками включены диоды.

Технические характеристики ИН-1

Для снижения массы и габаритов была затем разработана однофазная модификация прибора типа ИДП, вошедшая в состав комплекта имитаторов помех КИМП [90]. Схема и технические данные в основном аналогичны описанным выше. Отличия состоят в том, что допустимый ток нагрузки равен 5 А и имеются две частоты повторения: 0,5 и 5 Гц.

Уже упомянутые выше недостатки, свойственные имитаторам с добавочными сопротивлениями, явились причиной разработки трехфазного имитатора типа И-4 [102]. Блоки коммутации прибора исполнены по схеме рис. 5.11, е. Блок управления выполнен на интегральных схемах серии К 155.

Технические характеристики И-4