УСТАНОВКА ГАРАНТИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ Российский патент 1995 года по МПК H02J7/34 H02J9/06 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к установкам гарантированного электропитания постоянного и переменного токов, предназначенных для надежного электропитания ответственных потребителей и специальных объектов, как-то крупных электронно-вычислительных центров, центров управления, станций и узлов электросвязи. В частности, оно найдет широкое применение как источник первичного помехоустойчивого электропитания оптоэлектронных технических систем, электронных автоматических телефонных станций любой номерной емкости, центров коммутации сообщений, сетевых узлов и станций электросвязи, станций и узлов пакетной коммутации, систем пожарно-охранной сигнализации и аварийной защиты высоких и опасных технологий и в большей степени в таких больших технических системах, где электровозмущения сети электроснабжения строго недопустимы и (или) чрезвычайно ущербны.

Известны установки, например, узлов и станций сетей электросвязи, которые предназначены для круглосуточного электропитания переменным и постоянным током в основном цифрового оборудования связи. Они содержат шины электроснабжения, различного рода накопители электрической и (или) механической энергии, конверторы, выпрямители, инверторы, аккумуляторные батареи и стойки коммутации последних [1]
Из известных установок гарантированного питания наиболее близок по техническому решению является установка, содержащая выпрямители, стабилизаторы, развязывающие диоды и аккумуляторную батарею с запорным силовым диодом, которая через коммутируемые контакты контакторов и диод подключается к клеммам нагрузки, когда реле напряжения отмечает снижение величины напряжения на аккумуляторной батарее ниже допустимого значения [2]
Структурные схемы таких установок на мощности свыше 5 кВт из-за наличия операции разрыва силовой цепи контактами контакторов сложны в реализации, а главное не защищают вторичные источники питания электронно-оптического оборудования от кратковременных электровозмущений (провалов, бросков, перерывов) сети электроснабжения, обуславливающих переходные процессы, что приводит к росту аппаратных и программных отказов оборудования ответственных потребителей. В целом по установке КПД не достигает возможного своего максимума. Кроме того, функциональные возможности прототипа сужены: нет схемного решения процессов автоматического заряда и содержания аккумуляторной батареи, в нем нет гарантированного выхода по переменному току.

Технической задачей изобретения является уменьшение величины амплитуд электровозмущений напряжения на нагрузках постоянного и переменного токов в переходных режимах ее работы, рост КПД установки, повышение аппаратной надежности и стабильности выходных параметров постоянного и переменного токов, улучшение формы синусоидального напряжения на нагрузке переменного тока.

Техническая задача решается тем, что заявляемая установка гарантированного электропитания Маматова содержит шины электроснабжения переменным током, присоединенные к ним выпрямители, один из которых соединен с аккумуляторной батареей, контактор, клеммы для подключения нагрузки и силовые диоды. В нее введены два реле напряжения, инвертор и блок нелинейных резисторов, причем между выводами первого выпрямителя, соединенными с входами инвертора, выход которого подключен к клеммам для подключения нагрузки переменного тока, включено первое реле напряжения, замыкающий контакт которого параллельно соединен с замыкающим контактом второго реле напряжения, включенного между выводами второго выпрямителя, соединенного с клеммами для подключения нагрузки постоянного тока, один общий контакт реле напряжения подключен к клемме "плюс" выпрямителей, а другой к контактору, контакты которого шунтируют блок нелинейных резисторов, соединенный с одной стороны с первым выводом аккумуляторной батареи и с контактором, а с другой стороны с катодами встречно включенных диодов, аноды которых подключены к первым выводам первого и второго выпрямителей, при этом вторые выводы выпрямителей соединены с вторым выводом аккумуляторной батареи.

В установку введен выпрямитель содержания, подключенный к сети и через реле тока к выводам аккумуляторной батареи, причем замыкающие контакты реле включены параллельно кнопке пуска зарядного выпрямителя, соединенного входом с шинами питания, а выходными зажимами с выводами аккумуляторной батареи. При этом блок нелинейных резисторов выполнен в виде столбцово-резисторной матрицы с воздушным естественным охлаждением, часть столбцов которой зашунтирована контактами контактора, а силовая цепь последнего через контакты реле напряжения подключена к аккумуляторной батарее.

В установке рабочие выпрямители выполнены как стабилизаторы напряжения, а зарядный как стабилизатор тока, при этом инвертор функционирует как генератор синусоидальных колебаний.

Проведенные патентные исследования и испытания рабочих установок, в частности использование их на электронных и квазиэлектронных автоматических телефонных станциях, подтверждают их изобретательский уровень и промышленную применимость, а главное отсутствие электровозмущений на нагрузках, приводящих к аппаратным и программным остановам станции, что уменьшает эксплуатационные трудозатраты. Например, только использованием на электронной автоматической станции типа МТ-20 дает не менее 20% экономии электроэнергии от существующей величины. Расчетная наработка на отказ по срыву функционирования возросла на несколько порядков и составляет не менее 100 лет. Повышена надежность установки за счет применения пассивного блока нелинейных резисторов с естественным охлаждением. Срок службы аккумуляторнх батарей достигает до 20 лет благодаря росту стабильности токов заряда и содержания, причем по величине тока содержания судят о физико-химических свойствах аккумуляторной батареи. Повышена величина стабильности напряжений на нагрузках за счет выполнения рабочих выпрямителей как стабилизаторов напряжения, а зарядного стабилизатора тока, улучшена форма синуса выходного напряжения инвертора.

На чертеже приведена схема установки. Она содержит шины 1 источника электроснабжения переменным током категории IA (или IБ, IIА). Рабочие выпрямители с фильтрами 2 и 2', к выходам которых подключены реле 3 и 3' напряжения, нагружены: выпрямитель 2 на инвертор 4, который подключен к нагрузке 5 переменного тока, выпрямитель 2' на нагрузку 6 постоянного тока. Резервный выпрямитель 7 с кнопкой 8 включения подключен к аккумуляторной батарее 9, в шину 10, например, "минус" которой включены последовательно блок 11 нелинейных резисторов и силовые диоды 12, аноды которых присоединены к минусовым клеммам рабочих выпрямителей 2 и 2'. К аккумуляторной батарее 9 через реле 13 тока подключен выпрямитель 14 содержания, при этом контакты 15 реле 13 шунтируют кнопку 8 выпрямителя 7. Столбцы 16 нелинейных резисторов блока 11 шунтированы контактами 17 контактора 18, в цепь которого включены контакты 19 реле 3 и 3' напряжения.

Установка работает следующим образом.

В установившемся режиме рабочий выпрямитель 2 обеспечивает электропитание через инвертор 4 нагрузки 5 переменного тока, а выпрямитель 2' нагрузки 6 постоянного тока, реле 3 и 3' напряжения настроены на нижний допуск напряжения выпрямителей 2 и 2'. Аккумуляторная батарея 9 содержится выпрямителем 14, зарядный выпрямитель 7 функционирует в дежурном режиме, т.е. отключен от аккумуляторной батареи 9. Столбцы 16 нелинейных резисторов с контактами 17 расшунтированы и в шине 10 "минус" не протекает ток от аккумуляторной батареи 9. При наличии перерыва в электроснабжении на шинах 1 установки в ней нагрузки 5 и 6 непрерывно и автоматически обеспечиваются электропитанием за счет безобрывного подключения их к минусовой шине 10 установки, при этом происходит последовательное дискретное шунтирование столбцов 16 блока 11 контактами 17 контактора 18, сигналом на срабатывание последнего служат контакты 19 реле 3 и 3' напряжения.

С появлением электроснабжения на шинах 1 выпрямители 2 и 2' включаются в работу как стабилизаторы напряжения при росте последнего свыше порога запирания силовых диодов 12, которые без переходных процессов закрываются так, что ток в шине 10 не протекает. Таким образом, установка плавно, без электровозмущений на нагрузках 5 и 6 втягивается в стационарный режим функционирования. Зарядный выпрямитель 7 при появлении электроснабжения на шинах 1 автоматически включается в режим работы как стабилизатор тока при замыкании контактов 15 реле 13 тока, при этом сигналом срабатывания последнего служит увеличение тока выпрямителя 14 содержания более его номинального значения.

Использование: для обеспечения надежного непрерывного электропитания информационно-вычислительных центров, центров управления и объектов электросвязи, повышение стабильности выходных параметров постоянного и переменного токов. Сущность изобретения: в установке электропитания, содержащей шины электроснабжения переменным током, рабочий и зарядный выпрямитель, аккумуляторную батарею, два инвертора, в шину "минус" аккумуляторной батареи введены последовательно блок шунтируемых нелинейных резисторов и силовые диоды, положительные полюсы которых присоединены к общим шинами "минус" рабочих выпрямителей соответственно. В установку также введен слаботочный выпрямитель содержания, постоянно подключенный через реле тока к аккумуляторной батарее, причем нормально разомкнутые контакты реле включены параллельно кнопке пуска зарядного выпрямителя, и рабочие выпрямители выполнены как стабилизаторы напряжения, а зарядный как стабилизатор тока, при этом инвертор функционирует в режиме генератора синусоидальных колебаний. 3 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. УСТАНОВКА ГАРАНТИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ, содержащая шины электроснабжения переменным током, присоединенные к ним выпрямители, один из которых соединен с аккумуляторной батареей, контактор, клеммы для подключения и силовые диоды, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены два реле напряжения, инвертор и блок нелинейных резисторов, причем между выводами первого выпрямителя, соединенными с входами инвертора, выход которого подключен к клеммам для подключения нагрузки переменного тока, включено первое реле напряжения, замыкающий контакт которого параллельно соединен с замыкающим контактом второго реле напряжения, включенного между выводами второго выпрямителя, соединенного с клеммами для подключения нагрузки постоянного тока, контакты реле напряжения включены между плюсовыми выводами выпрямителей и контактором; контакты которого шунтируют блок нелинейных резисторов, соединенный с одной стороны с первым выводом аккумуляторной батареи и контактором, а с другой стороны с катодами встречно включенных диодов, аноды которых подключены к первым выводам первого и второго выпрямителей, причем вторые выводы выпрямителей соединены с вторым выводом аккумуляторной батареи. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в нее введен выпрямитель содержания, подключенный через реле тока к выводам аккумуляторной батареи, причем замыкающие контакты реле тока включены параллельно кнопке пуска зарядного выпрямителя, соединенного входом с шинами питания, а выходными зажимами с выводами аккумуляторной батареи. 3. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что блок нелинейных резисторов выполнен в виде столбцово-резисторной матрицы с воздушным охлаждением, часть столбцов которой зашунтирована контактами контактора. 4. Установка по пп.1 3, отличающаяся тем, что первый и второй выпрямители выполнены как стабилизаторы напряжения, а зарядный как стабилизатор тока, при этом инвертор функционирует как генератор синусоидальных колебаний.