ИСТОЧНИК БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ Российский патент 2005 года по МПК H02J9/06 

Изобретение относится к устройствам электропитания с резервированием основного силового преобразователя посредством аккумуляторной батареи, которая работает в режиме заряд-разряд, и может использоваться для питания аппаратуры вычислительной техники подвижных объектов.

Заявителю известен ближайший аналог (прототип) заявленного изобретения как наиболее близкий ему по совокупности существенных признаков. Данный аналог представляет собой систему гарантированного питания, содержащую основной выпрямительный блок, состоящий из ″Н" кассет статических преобразователей, зарядный выпрямитель, состоящий из одной кассеты статического преобразователя, аккумуляторную батарею, соединенную с нагрузкой и основным выпрямительным блоком посредством тиристорного ключа с блоком управления, и измерительный компаратор, по входу соединенный с выходом основного выпрямительного блока, а по выходу - с блоком управления контактора, нормально разомкнутые контакты которого включены между выходом основного выпрямительного блока и входом зарядного устройства, причем зарядное устройство подключено через датчик тока и вторые нормально замкнутые контакты к аккумуляторной батарее. (патент РФ № 2079203, М. кл. Н 02 J 9/06, 1997).

Недостатком данной системы гарантированного питания является большое падение напряжения на тиристорном ключе и, соответственно, значительные тепловыделение и масса радиатора для его охлаждения, что недопустимо для сильноточных источников питания аппаратуры вычислительной техники подвижных объектов.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является улучшение качества питающего напряжения.

Техническим результатом изобретения является исключение провалов питающего напряжения, уменьшение тепловыделения и массы охлаждающего радиатора.

Упомянутая задача достигается тем, что источник бесперебойного питания сильноточных потребителей, содержащий основной силовой преобразователь, непосредственно подключенный к нагрузке, аккумуляторную батарею с зарядным устройством, подключенную к нагрузке через тиристор с блоком управления, а также измерительный компаратор, подключенный по выходу к блоку управления, снабжен датчиком наличия питающей сети, выход которого подключен к блоку управления тиристора и контактора, нормально разомкнутые контакты которого включены параллельно тиристору, а вход измерительного компаратора подключен к аккумуляторной батарее.

Кроме того, блок управления по первому варианту снабжен элементом «2И», соединенным по первому входу с датчиком наличия напряжения питающей сети, по второму входу - с измерительным компаратором, а по выходу - с узлом запуска тиристора и контактором.

По второму варианту блок управления снабжен элементом «2И», соединенным по первому входу с датчиком наличия напряжения питающей сети, по второму входу - с выходом измерительного компаратора, а по выходу - с входами двух таймеров и первым входом элемента «3ИЛИ», который соединен по второму и третьему входам с выходами двух таймеров, причем выход таймера с короткой длительностью соединен дополнительно с узлом запуска тиристора, а выход элемента ″3ИЛИ" соединен с контактором.

Получение технического результата изобретения возможно за счет использования датчика наличия напряжения питающей сети в составе источника бесперебойного питания, что позволяет по его сигналу заранее включить тиристор. При этом ток начинает поступать из аккумуляторной батареи в нагрузку. Тиристор находится во включенном состоянии ограниченное время, равное времени срабатывания контактора (100...200 мс). При срабатывании контактора тиристор закорачивается его контактами и выключается, а ток продолжает поступать в нагрузку через замкнувшиеся контакты сработавшего контактора, поэтому значительных провалов выходного напряжения на нагрузке не наблюдается. В большинстве случаев тиристор может использоваться без радиатора и по сравнению с прототипом выделяет меньше тепла.

На фиг.1 представлен вариант функциональной схемы источника бесперебойного питания.

Источник бесперебойного питания сильноточных потребителей содержит основной силовой преобразователь 1, подключенный по входу к питающей сети переменного или постоянного тока, а по выходу - к нагрузке 2, зарядный модуль 3 с аккумуляторной батареей 4, подключенной к нагрузке 2 посредством тиристора 5 с узлом запуска 6, блок управления 7, выполненный, например, в виде логического элемента «2И» 8, соединенный по первому входу с датчиком наличия напряжения питающей сети 9, по второму входу - с измерительным компаратором 10, а по выходу - с узлом запуска 6 тиристора 5 и контактором 11, нормально разомкнутые контакты 12 которого соединены параллельно тиристору 5.

На фиг.2 представлена функциональная схема источника бесперебойного питания для питающей сети, имеющей короткие и длительные отключения напряжения.

Источник бесперебойного питания сильноточных потребителей содержит основной силовой преобразователь 1, подключенный по входу к питающей сети переменного или постоянного тока, а по выходу - к нагрузке 2, зарядный модуль 3 с аккумуляторной батареей 4, подключенной к нагрузке 2 посредством тиристора 5 с узлом запуска 6, блок управления 7, включающий логический элемент «2И» 8, соединенный по первому входу с датчиком наличия напряжения питающей сети 9, по второму входу - с измерительным компаратором 10, а по выходу - с входами двух таймеров 13, 14 и первым входом элемента «3ИЛИ» 15, который соединен по второму и третьему входам с выходами двух таймеров 13, 14, причем выход таймера с короткой длительностью 13 соединен дополнительно с узлом запуска 6 тиристора 5, а выход элемента «3ИЛИ» 15 соединен с контактором 11, нормально разомкнутые контакты 12 которого соединены параллельно тиристору 5.

Источник бесперебойного питания работает следующим образом.

В основном режиме работы схемы на фиг.1 при наличии напряжения питающей сети нагрузка 2, например вычислительный модуль, получает питание от силового импульсного преобразователя 1. Аккумуляторная батарея 4 отключена от нагрузки 2 запертым тиристором 5 и разомкнутыми контактами 12 контактора 11. При заряженной аккумуляторной батарее 4 измерительный компаратор 10 выдает логический сигнал «1» на элемент «2И» 8 блока управления 7.

При пропадании напряжения питающей сети датчик наличия напряжения питающей сети 9 подает сигнал «1» на вход логического элемента «2И» 8 блока управления 7. При наличии на двух входах сигнала «1» логический элемент «2И» 8 выдает сигнал «1», который включает узел запуска 6 тиристора 5. При этом питание с аккумуляторной батареи 4 через включенный тиристор 5 подается на нагрузку 2. Одновременно сигнал «1» с выхода логического элемента «2И» 8 блока управления 7 подается на включение контактора 11, при срабатывании которого контакты 12 замыкаются и включаются параллельно тиристору 5. Тиристор 5 выключается, и силовое питание продолжает поступать на нагрузку 2 от аккумуляторной батареи 4 через замкнутые контакты 12 включенного контактора 11.

При восстановлении напряжения питающей сети датчик наличия напряжения питающей сети 9 выдает логический сигнал «0». При этом логический элемент «2И» 8 блока управления 7 выдает сигнал «0», контактор 11 отключается, контакты 12 размыкаются и отключают аккумуляторную батарею 4 от нагрузки 2. Электропитание на нагрузку 2 подается с силового импульсного преобразователя 1. При этом, если напряжение на аккумуляторной батарее 4 ниже, чем у зарядного модуля 3, производится подзарядка аккумуляторной батареи 4 от зарядного модуля 3.

При длительном отсутствии напряжения питающей сети сверх установленного норматива разряда питание нагрузки 2 от аккумуляторной батареи 4 производится до заранее установленной величины ее разряда. При достижении указанной величины разряда срабатывает измерительный компаратор 10, подает логический сигнал «0» на вход элемента «2И» 8 блока управления 7. На второй вход элемента «2И» 8 ранее подан сигнал «1» с выхода датчика наличия напряжения питающей сети 9. На выходе элемента «2И» 8 соответственно появляется сигнал «0», контактор 11 отключается, контакты 12 размыкаются и отключают нагрузку 2 от аккумуляторной батареи 4, что предохраняет последнюю от полного разряда и разрушения.

При наличии в сети питания коротких провалов напряжения, меньших времени срабатывания контактора, может использоваться источник бесперебойного питания, схема которого приведена на фиг.2.

В основном режиме работы датчик наличия напряжения питающей сети 9 выдает логический сигнал «0», измерительный компаратор 10 выдает логический сигнал «1», на выходе логического элемента «2И» 8 присутствует сигнал «0», тиристор 5 отключен, контакты 12 контактора 11 разомкнуты.

При пропадании напряжения питания на короткое время на выходе датчика наличия напряжения питающей сети 9 появляется сигнал «1», на выходе логического элемента «2И» 8 также появляется сигнал «1», который передним фронтом запускает таймер 13 и вслед за ним включает узел запуска 6 тиристора 5. При этом электропитание нагрузки 2 производится от аккумуляторной батареи 4 через включенный тиристор 5. Сигнал с выхода таймера 13 подается на вход элемента «3ИЛИ» 15, на выходе которого появляется сигнал «1», который далее подается на включение контактора 11.

Если напряжение питания восстановилось раньше, чем сработал контактор 11, на выходе датчика наличия напряжения питающей сети 9 появляется сигнал «0», на выходе логического элемента «2И» 8 также появляется сигнал «0». Однако продолжает работу таймер 13, включенный ранее, что обеспечивает гарантированное включение контактора 11 и отключение тиристора 5. Задним фронтом сигнала с выхода элемента «2И» 8 запускается таймер 14, с выхода которого сигнал «1» поступает на элемент «3ИЛИ» 15. Электропитание нагрузки 2 производится от аккумуляторной батареи 4 до прекращения времени работы таймера 14. После окончания работы таймера 14 на всех входах элемента «3ИЛИ» 15 появляется сигнал «0», на его выходе тоже появляется сигнал «0», и контактор 11 выключается, контакты 12 размыкаются. Электропитание нагрузки 2 производится от восстановившегося после переходных процессов силового импульсного преобразователя 1.

Если напряжение питания восстановилось после длительного отсутствия, на выходе датчика наличия напряжения питающей сети 9 появится сигнал «0», на выходе логического элемента «2И» также появится сигнал «0», который задним фронтом запускает таймер 14 на время, достаточное для восстановления питания на выходе силового импульсного преобразователя 1. При этом до окончания работы таймера 14 продолжает оставаться включенным контактор 11, а через его контакты 12 продолжается электропитание нагрузки 2 от аккумуляторной батареи 4. После окончания работы таймера 14 на всех входах элемента ″3ИЛИ" 15 появляются сигналы «0», на его выходе тоже появляется сигнал «0», и контактор 11 выключается, контакты 12 размыкаются. Электропитание нагрузки 2 производится от восстановившегося после переходных процессов силового импульсного преобразователя 1.

Изготовлен опытный образец блока бесперебойного питания, который успешно выдержал испытания и рекомендован к производству.

Источник информации

1. Патент РФ № 2079203, М.кл. Н 02 J 9/06, 1997.

Использование: для резервирования основного силового преобразователя посредством аккумуляторной батареи, которая работает в режиме заряд-разряд. Технический результат заключается в обеспечении требуемого качества питающего напряжения в резервном режиме при одновременном уменьшении тепловыделения и массы радиатора. В устройство дополнительно введены датчик наличия напряжения сети, два таймера и логические элементы «2И» и «3ИЛИ», что позволяет включить тиристор до пропадания напряжения на нагрузке и одновременно включить контактор, контакты которого подключаются параллельно тиристору, а при восстановлении питающей сети позволяет задержать выключение контактора до завершения переходных процессов в основном силовом преобразователе. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Источник бесперебойного питания сильноточных потребителей, включающий основной силовой преобразователь, подключенный по входу к питающей сети переменного или постоянного тока, а по выходу к нагрузке, зарядный модуль с аккумуляторной батареей, подключенной к нагрузке посредством тиристора с узлом запуска, и измерительный компаратор, подключенный по выходу к блоку управления контактором, отличающийся тем, что, с целью исключения провалов питающего напряжения, уменьшения тепловыделения на радиаторе и, как следствие, уменьшения массы, он снабжен датчиком наличия напряжения питающей сети, выход которого подключен к блоку управления, один выход которого соединен с узлом запуска тиристора, второй - с контактором, нормально разомкнутые контакты которого включаются параллельно тиристору, при этом вход измерительного компаратора подключен к аккумуляторной батарее.2. Источник бесперебойного питания по п.1, отличающийся тем, что блок управления снабжен элементом «2И», соединенным по первому входу с датчиком наличия напряжения питающей сети, по второму входу с измерительным компаратором, а по выходу с узлом запуска тиристора и контактором.3. Источник бесперебойного питания по п.1, отличающийся тем, что блок управления снабжен элементом «2И», соединенным по первому входу с датчиком наличия напряжения питающей сети, по второму входу с выходом измерительного компаратора, а по выходу с входами двух таймеров и первым входом элемента «3ИЛИ», который соединен по второму и третьему входам с выходами двух таймеров, причем выход таймера с короткой длительностью соединен дополнительно с узлом запуска тиристора, а выход элемента «3ИЛИ» соединен с контактором.