ДВУХКАНАЛЬНАЯ СИСТЕМА ПОСТОЯННОГО ТОКА ДЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 1999 года по МПК H02J9/06 

Изобретение относится к средствам защиты электрораспределительных сетей постоянного тока, предназначенных для питания функциональных систем транспортных средств, преимущественно летательных аппаратов, типа дистанционных систем управления, систем управления посадочными средствами, средствами спасения и т.п.

Предшествующий уровень техники.

На транспортных средствах, в особенности на летательных аппаратах, важное значение имеет непрерывность обеспечения питанием потребителей электроэнергии, что требует высокой надежности их систем, т.е. защиты цепей от коротких замыканий, электрических перегрузок и т.п.

Для этого системы выполняются, как правило, двухканальными с наличием первичных и аварийных шин, обеспечивающих питанием потребителей первой категории, т.е. тех, от которых зависит управление транспортным средством, работа его двигателей и т.п.

В известных системах каждый канал системы подключен к отдельному выпрямительному устройству, но взаимное резервирование питания потребителей при отказе одного из них не обеспечено.

Из известных систем наиболее близкой по технической сущности является двухканальная система постоянного тока летательного аппарата, содержащая последовательно соединенные первичную и аварийную шины центрального распределительного устройства в каждом канале и соединенные с ними шины потребителей соответственно второй и первой категорий (уровней) в каждом из функциональных распределительных устройств, снабженных контакторами включения. В каждом центральном распределительном устройстве первичная шина подключена к одному из трех выпрямительных устройств. Подключение выпрямительных устройств к шинам осуществлено контакторами, а в линиях связи между аварийной и первичной шинами введены коммутационные аппараты типа дифференциально-минимальных реле [1].

В системе-прототипе при отказе двух выпрямительных устройств нарушается двухканальность питания потребителей. Наличие коммутирующих устройств в цепях подключения выпрямительных устройств к первичным шинам центральных распределительных устройств и в цепях соединения как первичных, так и аварийных шин каждого центрального распределительного устройства при отказе выпрямительных устройств снижает надежность и живучесть системы и создает дополнительный вес.

Сущность изобретения.

В основу изобретения положена задача обеспечения повышенной надежности и живучести системы путем увеличения степени резервирования питания потребителей первой категории за счет переключения питания аварийных шин при отказах одного или двух выпрямительных устройств.

При этом снижаются вес, стоимость и энергоемкость системы.

Двухканальная система постоянного тока для транспортного средства, содержащая последовательно соединенные первичную и аварийную шины центральных распределительных устройств в каждом канале и соединенные с ними шины потребителей электроэнергии первой и второй категорий в каждом из функциональных распределительных устройств, снабженных контакторами включения, при этом в каждом центральном распределительном устройстве первичная шина подключена к одному из трех выпрямительных устройств, согласно изобретению снабжена силовыми кремниевыми плоскостными диодами, установленными в каждом центральном распределительном устройстве между первичными и аварийными шинами, при этом одно из выпрямительных устройств подключено к перемычке между первичными шинами центральных распределительных устройств на участке между малоинерционными плавкими предохранителями, а аварийные шины подключены к аккумуляторам, причем часть потребителей подключена к обеим шинам потребителей электроэнергии первой категории соответствующих функциональных распределительных устройств через развязывающие диоды.

Соединение перемычкой первичных шин центральных распределительных устройств и установка кремниевых плоскостных диодов между первичными и аварийными шинами обеспечивают независимое двухканальное питание потребителей первой категории (уровня) и при отказе двух выпрямительных устройств.

При этом предпочтительно, если система снабжена тремя управляющими реле, контактами, четырьмя отключающими реле, при этом обмотки управляющих реле включены последовательно с соответствующими автоматами защиты выпрямительных устройств, контакт каждого из управляющих реле включен последовательно с контактом другого управляющего реле в цепь питания обмоток отключающих реле, контакты которых включены в цепи питания контакторов включения шин потребителей электроэнергии второй категории в двух функциональных распределительных устройствах, в каждом из функциональных распределительных устройств шины питания потребителей первой категории соединены с аварийной шиной одного из центральных распределительных устройств, а шины питания потребителей второй категории соединены с первичной шиной другого центрального распределительного устройства.

Введение в схему трех управляющих реле и четырех отключающих реле, включенных последовательно с обмотками контакторов включения, обеспечило коммутацию шин при отказах выпрямительных устройств и переключение питания потребителей первой категории на исправную линию питания, т.е. устранило возможность перерыва питания их.

Кроме того, целесообразно, если плавкие предохранители перемычки расположены со стороны каждой первичной шины при отношении прямого сопротивления каждого из силовых диодов в центральных распределительных и выпрямительных устройствах к сопротивлению каждого из малоинерционных плавких предохранителей более трех.

Использование плавких предохранителей в перемычке между шинами и соотношение силовых сопротивлений силовых диодов и предохранителей более трех обеспечило взаимную защиту первичных шин от коротких замыканий.

Перечень фигур.

В дальнейшем изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения со ссылками на прилагаемые схемы, на которых изображены:
фиг. 1 - электросхема подключения к сети переменного тока центральных распределительных устройств постоянного тока;
фиг. 2 - электросхема подключения функциональных распределительных устройств к шинам центральных распределительных устройств.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Двухканальная система постоянного тока для транспортного средства содержит последовательно соединенные первичные 1, 2 и аварийные 3, 4 шины центральных распределительных устройств 5, 6 в каждом канале. С шинами 1, 2, 3, 4 соединены шины 7, 8, 9, 10 потребителей электроэнергии первой и второй категорий в каждом из функциональных распределительных устройств 15, 16, 17, 18, снабженных контакторами включения 19, 20, 21, 22. В каждом центральном распределительном устройстве 5, 6 первичная шина 1, 2 подключена к одному из трех выпрямительных устройств 23, 24, 27. Система снабжена силовыми кремниевыми плоскостными диодами 25, 26, установленными в каждом центральном распределительном устройстве 5, 6 между первичными 1, 2 и аварийными 3, 4 шинами. Одно из выпрямительных устройств 27 подключено к перемычке 28 между первичными шинами 1, 3 центральных распределительных устройств на участке между малоинерционными плавкими предохранителями 29, 30, а аварийные шины 3, 4 подключены к аккумуляторам 31, 32. Часть потребителей, например 33, 34, подключена к обеим шинам 7, 8 потребителей электроэнергии первой категории соответствующих функциональных распределительных устройств через развязывающие диоды 35.

Система снабжена тремя управляющими реле 36, 37, 38, контактами, четырьмя отключающими реле 39, 40, 41, 42. Обмотки управляющих реле 36, 37, 38 включены последовательно с соответствующими автоматами защиты 45 выпрямительных устройств 23, 24, 27. Контакт каждого из управляющих реле включен последовательно с контактом другого управляющего реле в цепь питания обмоток отключающих реле 39, 40, 41, 42, контакты которых включены в цепи питания контакторов 19, 20, 21, 22 включения шин потребителей электроэнергии второй категории в двух функциональных распределительных устройствах 15, 16. В каждом из функциональных распределительных устройств шины 7, 8 питания потребителей первой категории соединены с аварийной шиной 4 одного из центральных распределительных устройств 6, а шины 11, 12 питания потребителей второй категории соединены с первичной шиной 1 другого центрального распределительного устройства 5.

Плавкие предохранители 29, 30 перемычки 28 расположены со стороны каждой первичной шины 1, 2 при отношении прямого сопротивления каждого из силовых диодов 25, 26 в центральных распределительных 5, 6 и выпрямительных 23, 24 устройствах к сопротивлению каждого из малоинерционных плавких предохранителей 29, 30 более трех.

Контакты отключающих реле, кроме того, соединены, с одной стороны, с аварийными шинами функциональных распределительных устройств 15, 17, а с другой - со средствами визуальной и звуковой информации в кабине пилота 43, 44 с помощью реле 46 и 40 соответственно.

Работа системы.

При нормальной работе системы выпрямительное устройство 23 запутывает шину 1 центрального распределительного устройства 5, выпрямительное устройство 24 - шину 2 центрального распределительного устройства 6, а выпрямительное устройство 27 через перемычку 28. Питание аварийных шин 3 и 4 осуществляется от первичных шин 1 и 2 соответственно через силовые кремниевые плоскостные диоды 25 и 26.

Сопротивления предохранителей 29, 30 и силовых диодов 25, 26 подбираются так, чтобы в нормальном режиме при прохождении через них тока, равного половине всего суммарного тока нагрузки, падение напряжения для них было минимальным. Силовые кремниевые плоскостные диоды 25, 26 как в выпрямительном устройстве 27, так и в центральных распределительных устройствах 5 и 6 должны выдерживать перегрузки от токов запуска, поэтому в центральных распределительных устройствах установлены диоды 25, 26, идентичные диодам в выпрямительных устройствах 23, 24, 27. В нормальном режиме работы ток в предохранителях 29, 30 равен приблизительно току через силовые кремниевые плоскостные диоды 25, 26 центрального распределительного устройства. Из этих условий тип плавких предохранителей 29, 30 и силовых кремниевых плоскостных диодов 25, 26 выбирается так, чтобы отношение прямого сопротивления каждого из диодов 25, 26 в центральных распределительных и выпрямительных устройствах к сопротивлению каждого из предохранителей 29 или 30 было более трех. При отказе одного из выпрямительных устройств (например, 23) два оставшихся 24 и 27 запитывают первичные 1, 2 и аварийные 3, 4 шины центральных распределительных устройств 5 и 6 через перемычку 28 и предохранители 29 и 30. Так как в предлагаемой системе в отличие от системы прототипа нет коммутирующих устройств в линиях связи выпрямителей 23, 24, 27 с первичными шинами 1 и 2, то при отказе одного или двух выпрямительных устройств на первичных шинах нет перерыва питания.

При отказе двух выпрямительных устройств срабатывают управляющие реле 36, 37 или 36, 38, или 37, 38, замыкая своими контактами цепь включения отключающих реле 39, 40, 41, 42, которые, размыкая свои контакты, отключают контакторами 19, 20, 21, 22 шины потребителей второй категории 11, 12, 13, 14. При этом от работающего выпрямительного устройства получают питание первичные шины 1 и 2 и аварийные шины 3 и 4, и так как аварийные шины отделены от первичных силовыми кремниевыми плоскостными диодами 25, 26, то для потребителей первой категории будет сохраняться независимое двухканальное питание в отличие от схемы прототипа.

При отказе трех выпрямительных устройств шины потребителей первой категории типа 33 получают питание от аккумуляторной батареи 31, подключенной к аварийной шине 3, а шины потребителей первой категории типа 34 получают питание от аккумуляторной батареи 32, подключенной к аварийной шине 4, и для потребителей первой категории сохраняется двухканальное питание. При коротком замыкании в цепи потребителей второй категории провалы напряжения, происходящие во время срабатывания аппарата защиты, не будут влиять на качество электроэнергии на аварийных шинах 3, 4 в отличие от схемы прототипа, так как аккумуляторные батареи 31, 32 благодаря силовым кремниевым плоскостным диодам 25, 26, установленным между шинами 1, 2 и 3, 4, не участвуют в коротких замыканиях, влияющих на первичные шины 1 и 2 центральных распределительных устройств.

При провале напряжения от короткого замыкания на одной из аварийных шин, например 3, потребители на шинах типа 34, подключенных к аварийной шине 4, этого провала не почувствуют, так как будут получать питание от аккумуляторной батареи 26, не участвующей в коротком замыкании из-за плоскостных кремниевых силовых диодов.

Последняя ступень резервирования обеспечивается соединением шин потребителей первого и второго уровня в каждом распределительном устройстве.

Таким образом, по сравнению с прототипом и базовым объемом обеспечивается повышенная степень резервирования питания потребителей первого уровня 0,999999999996 в заявленной системе вместо 0,999.999.999.99 в прототипе и базовом объекте.

Литература
1. Власов Г.Д. Проектирование систем электроснабжения летательных аппаратов. М., "Машиностроение", 1967 с. 355-357, рис. 2.17.

Изобретение относится к электрораспределительным сетям постоянного тока, предназначенным для питания функциональных органов транспортных средств, преимущественно летательных аппаратов. В системе последовательно соединены первичная и аварийная шины центральных распределительных устройств. В каждом канале с ними соединены шины потребителей первой и второй категорий каждого из функциональных распределительных устройств, которые снабжены контакторами включения. В каждом центральном распределительном устройстве первичная шина подключена к одному из трех выпрямительных устройств. Силовые диоды установлены в каждом центральном распределительном устройстве между первичными и аварийными шинами. Одно из выпрямительных устройств подключено к перемычке между первичными шинами центральных распределительных устройств на участке между плавкими предохранителями. Аварийные шины соединены с аккумуляторами. Часть потребителей подключена к обеим шинам потребителей первой категории соответствующих функциональных распределительных устройств через развязывающие диоды. Система характеризуется повышенными надежностью и живучестью благодаря увеличению степени резервирования питания потребителей первой категории. 2 з.п.ф-лы. 2 ил.

1. Двухканальная система постоянного тока для транспортного средства, содержащая последовательно соединенные первичные и подключенные к аккумуляторам аварийные шины центральных распределительных устройств в каждом канале и соединенные с ними шины потребителей электроэнергии первой и второй категорий в каждом из функциональных распределительных устройств, снабженных контакторами включения, при этом в каждом центральном распределительном устройстве первичная шина подключена к одному из трех выпрямительных устройств, отличающаяся тем, что система снабжена силовыми кремниевыми плоскостными диодами, установленными в каждом центральном распределительном устройстве между первичными и аварийными шинами, при этом одно из выпрямительных устройств подключено к перемычке между первичными шинами центральных распределительных устройств на участке между малоинерционными плавкими предохранителями, а часть потребителей подключена к обоим шинам потребителей электроэнергии первой категории соответствующих функциональных распределительных устройств через развязывающие диоды. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что снабжена тремя управляющими реле, четырьмя отключающими реле, при этом обмотки управляющих реле включены последовательно с соответствующими автоматами защиты выпрямительных устройств, контакт каждого из управляющих реле включен последовательно с контактом другого управляющего реле в цепь питания обмоток отключающих реле, контакты которых включены в цепи питания контакторов включения шин потребителей электроэнергии второй категории в двух функциональных распределительных устройствах, а в каждом из функциональных распределительных устройств шины питания потребителей первой категории соединены с аварийной шиной одного из центральных распределительных устройств, а шины питания потребителей второй категории соединены с первичной шиной другого центрального распределительного устройства. 3. Система по п.1, отличающаяся тем, что плавкие предохранители перемычки расположены со стороны каждой первичной шины при отношении прямого сопротивления каждого из силовых диодов в центральных распределительных и выпрямительных устройствах к сопротивлению каждого из малоинерционных плавких предохранителей более трех.