СИСТЕМА СНАБЖЕНИЯ ДЛЯ СНАБЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ НАПРЯЖЕНИЕМ И СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ СИСТЕМЫ СНАБЖЕНИЯ Российский патент 2022 года по МПК H02J1/08 

Предложена система снабжения для снабжения электрическим напряжением и способ эксплуатации системы снабжения.

К системе снабжения для снабжения электрическим напряжением могут быть подключены потребители. Потребители могут, например, быть подключены параллельно вдоль линии снабжения и могут снабжаться от системы снабжения электрическим напряжением. Например, потребители могут представлять собой множество датчиков, которые расположены в различных местоположениях. Для защиты от отказов, которые могут возникать вследствие коротких замыканий или резких падений напряжения вдоль линии снабжения, многие системы снабжения имеют две линии снабжения. Если, однако, в одном из потребителей возникает короткое замыкание, то без дополнительного блока схемной защиты в обеих линиях снабжения может произойти прерывание. Таким образом, все потребители, соединенные с линиями снабжения, больше не снабжались бы напряжением.

Решаемая задача состоит в том, чтобы предложить систему снабжения для снабжения электрическим напряжением, которая характеризуется улучшенной защитой от отказов.

Эта задача решается объектом независимого пункта формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления и усовершенствованные примеры выполнения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Согласно по меньшей мере одной форме выполнения системы снабжения для снабжения электрическим напряжением, система снабжения содержит по меньшей мере один блок питания (блок снабжения напряжением), который содержит источник напряжения. Блок питания может иметь по меньшей мере один выход, который выполнен с возможностью подключения электрических потребителей или блоков потребителей. Таким образом, блок питания может быть выполнен с возможностью предоставления электрического напряжения. Блок питания может быть выполнен с возможностью предоставления заранее заданного напряжения. Источник напряжения может иметь два выхода, из которых один электрически соединен с выходом блока питания, а другой - с массой. В качестве альтернативы, оба выхода источника напряжения могут быть электрически соединены с блоком питания. Система снабжения может в этом случае эксплуатироваться как незаземленная.

Система снабжения, кроме того, включает в себя по меньшей мере два блока потребителей. Блоки потребителей могут быть выполнены с возможностью снабжения их электрическим напряжением.

Блоки потребителей имеют, соответственно, первый вход, второй вход и потребитель. Блоки потребителей могут, соответственно, снабжаться электрическим напряжением через первый вход и второй вход. Потребители могут представлять собой, например, датчики. Датчики могут располагаться вдоль контролируемого объекта. Кроме того, датчики могут быть выполнены с возможностью обнаружения транспортных средств, которые движутся вдоль контролируемого объекта. Например, контролируемый объект может представлять собой рельсовые пути, по которым движутся поезда. Также возможно, что потребители представляют собой другие электрические потребители.

Каждый из блоков потребителей содержит переключатель, который расположен между соответствующим первым и соответствующим вторым входом. Это может означать, что первый вход электрически соединен с первой стороной переключателя, а второй вход электрически соединен со второй стороной переключателя, причем вторая сторона переключателя расположена на стороне, противоположной (обращенной от) первой стороне переключателя. Если переключатель замкнут, то первый вход и второй вход могут быть электрически соединены друг с другом. Если переключатель разомкнут, то первый вход и второй вход не соединяются электрически через переключатель друг с другом. Переключатель может представлять собой, например, механический или электронный переключатель.

По меньшей мере один блок потребителя электрически связан с блоком питания. Это может означать, что по меньшей мере один блок потребителя электрически соединен с блоком питания. Например, один из входов блока потребителя может быть электрически соединен с выходом блока питания. По меньшей мере один блок потребителя может быть соединен с блоком питания посредством кабеля. Кроме того, возможно, что каждый из блоков потребителей электрически соединен с блоком питания.

Блоки потребителей размещены последовательно. Потребители включены электрически параллельно. Это означает, что потребители включены электрически параллельно по отношению к блоку питания. Для этого блоки потребителей могут, соответственно, соединяться с обоими полюсами блока питания. Потребители представляют собой, соответственно, часть блока потребителя. Блоки потребителей размещены друг за другом. Для этого, например, второй вход блока потребителя может быть электрически соединен с первым входом следующего блока потребителя. Таким образом, может формироваться линия снабжения. Линия снабжения может иметь электрические соединения между блоком питания и блоками потребителей. Линия снабжения может, например, иметь электрическое соединение между блоком питания и первым входом первого блока потребителя и электрическое соединение через переключатель между первым входом и вторым входом первого блока потребителя. Линия снабжения может иметь дополнительные электрические соединения между остальными блоками потребителей. Так как блоки потребителей соединены, соответственно, с обоими полюсами блока питания, потребители блоков потребителей включены электрически параллельно друг другу.

Каждый из блоков потребителей выполнен с возможностью автономного управления соответственно соотнесенным переключателем. Для этого каждый из блоков потребителей может иметь блок управления, который выполнен с возможностью автономного управления соответственно соотнесенным переключателем. Это может означать, что блок управления выполнен с возможностью управления переключателем таким образом, что он замыкается или размыкается. Блок управления может быть соединен с переключателем посредством управляющего соединения. Управляющее соединение может представлять собой механическое, электрическое или беспроводное соединение.

Выполнение каждого из блоков потребителей с возможностью автономного управления соответственно соотнесенным переключателем может означать, что каждый из блоков потребителей применяет исключительно информацию от соответствующего блока потребителя для управления соотнесенным с ним переключателем. Каждый из блоков потребителей может, таким образом, быть выполнен с возможностью управления соответственно соотнесенным с ним переключателем исключительно с помощью информации от соответствующего блока потребителя. Это может означать, что система снабжения выполнена с возможностью эксплуатации без коммуникационных соединений между блоками потребителей. Каждый из блоков потребителей может, тем самым, быть выполнен с возможностью управления соотнесенным с ним переключателем без информации от других блоков потребителей. Система снабжения может быть свободной от коммуникационных соединений между блоками потребителей.

Если в одном из блоков потребителей или в одном из потребителей возникает короткое замыкание, то ток вдоль линии снабжения сильно возрастает, а напряжение сильно сокращается. Следовательно, уже не все блоки потребителей могут снабжаться заданным напряжением от блока питания. За счет того, что каждый из блоков потребителей имеет переключатель, посредством размыкания переключателей, блоки потребителей, в которых возникает короткое замыкание, электрически отсоединяются от других блоков потребителей. Когда переключатели блоков потребителей, которые расположены по соседству с блоком потребителя с коротким замыканием, размыкаются, то блоки потребителей, которые находятся ближе к блоку питания, чем затронутый блок потребителя, могут продолжать снабжаться электрическим напряжением. Это означает, что в случае короткого замыкания в блоках потребителей не происходит принудительный отказ всей линии снабжения. Только блок потребителя, в котором возникает короткое замыкание, и блоки потребителей, которые расположены дальше от блока питания, выходят из строя.

Предпочтительным образом, описанная здесь структура системы снабжения обеспечивает возможность улучшенной защиты от отказов только с одной линией снабжения. Вторая линия снабжения в этом случае не требуется. Путем размыкания переключателей блоков потребителей, которые расположены по соседству с блоком потребителя с коротким замыканием, блоки потребителей, которые расположены ближе к блоку питания, могут продолжать снабжаться напряжением. Так как необходима только одна линия снабжения, может обеспечиваться экономия материала для электрических проводников или соединений.

Еще одно преимущество описанной здесь системы снабжения состоит в том, что путем размыкания переключателей блоков потребителей, которые расположены по соседству с блоком потребителя с коротким замыканием, возникающее короткое замыкание может быть локализовано. Это упрощает ремонт системы снабжения.

Так как переключатель управляется автономно соответствующим блоком потребителя, коммуникация между блоками потребителей не требуется. В случае короткого замыкания, соответственно соотнесенный переключатель размыкается посредством блоков потребителей, которые обнаруживают падение напряжения, и обмен данными между блоками потребителей не требуется.

Согласно по меньшей мере одной форме выполнения системы снабжения, система снабжения содержит по меньшей мере один блок питания, который имеет источник напряжения, и по меньшей мере два блока потребителей, причем блоки потребителей соответственно имеют первый вход и второй вход, каждый из блоков потребителей имеет переключатель, который расположен между соответствующим первым и соответствующим вторым входом, по меньшей мере один блок потребителя электрически связан с блоком питания, блоки потребителей включены электрически последовательно, и каждый из блоков потребителей выполнен с возможностью автономного управления соответственно соотнесенным переключателем.

Согласно по меньшей мере одной форме выполнения системы снабжения, система снабжения имеет по меньшей мере один дополнительный блок питания с дополнительным источником напряжения. Дополнительный блок питания может иметь структуру, подобную или сходную со структурой упомянутого блока питания. Дополнительный блок питания может быть выполнен с возможностью предоставления электрического напряжения. Электрическое напряжение может быть заранее заданным. По меньшей мере один из блоков потребителей электрически связан с дополнительным блоком питания. Это может означать, что по меньшей мере один из блоков потребителей электрически соединен с дополнительным блоком питания. Дополнительный блок питания может быть расположен на стороне линии снабжения, противоположной блоку питания. Это может означать, что блок питания электрически соединен с первым блоком потребителя и что дополнительный блок питания электрически соединен с последним из расположенных друг за другом блоков потребителей.

При прерывании линии снабжения, например, на участке одного из электрических соединений между блоками потребителей, блоки потребителей могут продолжать снабжаться от блока питания и дополнительного блока питания электрическим напряжением. Тем самым, предпочтительным образом, система снабжения обладает улучшенной защитой от отказов, особенно от прерываний вдоль линии снабжения.

Согласно по меньшей мере одной форме выполнения системы снабжения, каждый переключатель управляется исключительно информацией соотнесенного с ним блока потребителя. Это означает, что каждый из блоков потребителей выполнен с возможностью автономного управления соответственно соотнесенным переключателем. Для управления переключателем не требуется никакая информация от других блоков потребителей. Тем самым, система снабжения выполнена с возможностью эксплуатации без коммуникационных соединений между блоками потребителей. Предпочтительным образом, система снабжения является более устойчивой к отказам и не требует коммуникационной инфраструктуры между блоками потребителей.

Согласно по меньшей мере одной форме выполнения системы снабжения, блок питания имеет ограничение тока или ограничение мощности. Это может означать, что ток, возникающий на выходе блока питания, ограничивается максимально допустимым током, или что мощность, предоставляемая на выходе блока питания, ограничивается. В случае короткого замыкания в одном из блоков потребителей, ток в линии снабжения сильно возрастает. Так как ток, возникающий в блоке питания, ограничивается посредством ограничения тока, напряжение вдоль линии снабжения сильно спадает. Сильно спадающее напряжение может, таким образом, применяться в качестве указателя для имеющегося короткого замыкания.

Согласно по меньшей мере одной форме выполнения системы снабжения, каждые два блока потребителей электрически соединены друг с другом посредством одной шины питания. Это означает, что между соответственно двумя блоками потребителей расположена соответственно одна шина питания. Первый блок потребителя может электрически соединяться с блоком питания посредством шины питания. Дополнительный блок потребителя может электрически соединяться с дополнительным блоком питания посредством дополнительной шины питания. Например, второй вход первого блока потребителя может электрически соединяться с первым входом второго блока потребителя посредством шины питания. Линия снабжения имеет, таким образом, шины питания. Предпочтительным образом, требуется только одна линия снабжения.

Согласно по меньшей мере одной форме выполнения системы снабжения, соответствующие два блока потребителей электрически соединены друг с другом посредством точно одной шины питания. Это означает, что соответствующие два блока потребителей электрические соединены друг с другом посредством только одной шины питания. Шина питания может представлять собой электрическое соединение с двумя электрическими проводниками. Один из двух электрических проводников может представлять собой заземление. Кроме того, возможно, что для всех блоков потребителей между соответственно двумя блоками потребителей расположена точно одна шина питания. Предпочтительным образом, между блоками потребителей не требуется никакая вторая линия снабжения, а также никакое второе коммуникационное соединение. Таким образом, может обеспечиваться экономия затрат и материала при изготовлении системы снабжения.

Согласно по меньшей мере одной форме выполнения системы снабжения, потребители имеют, соответственно по одному индуктивному датчику. Индуктивный датчик может представлять собой, например, датчик колеса для обнаружения колес поездов. Датчик колеса может быть расположен на рельсах. Кроме того, датчик колеса может быть выполнен с возможностью обнаружения колес поездов. Потребители могут, таким образом, находится на расстояниях в несколько метров или километров один от другого. Система снабжения может простираться в длину на несколько сотен метров или несколько километров. Так как в области обнаружения поездов требуются высокие стандарты безопасности, предпочтительно, что система снабжения имеет улучшенную защиту от отказов.

Согласно по меньшей мере одной форме выполнения системы снабжения, каждый из блоков потребителей имеет накопитель энергии. Накопитель энергии может представлять собой, например, конденсатор. Накопитель энергии может быть электрически соединен с первым входом и вторым входом блока потребителя. Накопитель энергии может, кроме того, быть электрически соединен с блоком управления, так что последний может снабжаться от накопителя энергии электрическим напряжением. Накопитель энергии может быть выполнен с возможностью накопления электрического заряда. Например, накопитель энергии может заряжаться, как только к входам блока потребителя прикладывается электрическое напряжение. Кроме того, накопитель энергии может быть электрически соединен с индуктивным датчиком. Накопитель энергии может быть выполнен с возможностью снабжения индуктивного датчика по меньшей мере время от времени электрическим напряжением.

Так как каждый из блоков потребителей имеет накопитель энергии, блоки потребителей могут снабжаться напряжением от соответствующего накопителя энергии также в случае, когда меньшее напряжение предоставляется от блока питания или не предоставляется никакое напряжение.

Согласно по меньшей мере одной форме выполнения системы снабжения, первые входы и вторые входы электрически соединены, соответственно, с электрическим вентилем. Электрический вентиль может быть выполнен так, чтобы в одном направлении быть проводящим для электрического тока, а в противоположном направлении быть непроводящим или менее проводящим для электрического тока. Кроме того, электрический вентиль может быть электрически управляемым. Электрический вентиль расположен так, что он включен от шины питания к блоку потребителя в направлении пропускания. Таким образом, гарантируется, что блоки потребителей снабжаются напряжением от блока питания, и что не имеется никакого протекания тока от блока потребителя к блоку питания.

Согласно по меньшей мере одной форме выполнения системы снабжения, электрические вентили содержат, соответственно, диод или транзистор. Полярность диодов такова, что они от шины питания к блоку потребителя включены в направлении пропускания. Тем самым гарантируется, что блоки потребителей могут снабжаться напряжением от блока питания, и что отсутствует протекание тока от блоков потребителей к блоку питания. Диоды могут представлять собой полупроводниковые диоды. Транзисторы могут представлять собой полевые транзисторы со структурой металл-оксид-полупроводник (MOSFET).

Согласно по меньшей мере одной форме выполнения системы снабжения, параллельно каждому переключателю включено сопротивление. Сопротивление представляет собой зарядное сопротивление. Сопротивление может представлять собой высокое электрическое сопротивление. При разомкнутом переключателе, в случае, когда в соответствующем блоке потребителя не имеет места никакого короткого замыкания, входные емкости блока потребителя частично заряжаются, так что резкий спад напряжения при замыкании переключателя ограничивается.

Согласно по меньшей мере одной форме выполнения системы снабжения, каждый из блоков потребителей содержит измерительное устройство, которое выполнено с возможностью определения напряжения, приложенного к соответствующему блоку потребителя. Измерительное устройство может, например, быть выполнено с возможностью определения напряжения, приложенного к блоку потребителя на первом входе и на втором входе. Если возникает помеха в системе снабжения, то напряжение на блоке потребителя может измениться. Если, например, на другом блоке потребителя возникает короткое замыкание, то напряжение существенно снижается, и переключатели соседних блоков потребителей размыкаются.

Согласно по меньшей мере одной форме выполнения системы снабжения, каждый из блоков потребителей выполнен с возможностью управления соответственно соотнесенным переключателем в зависимости от напряжения, приложенного к соответствующему блоку потребителя. Это может означать, что переключатель размыкается, как только напряжение, приложенное к блоку потребителя, спадает ниже заранее заданного минимального значения. Если приложенное напряжение спадает ниже минимального значения, то в одном из других блоков потребителей может иметь место короткое замыкание. Возможно, что блок управления блока потребителя выполнен с возможностью управления соответственно соотнесенным переключателем в зависимости от напряжения, приложенного к соответствующему блоку потребителя. Короткое замыкание в системе снабжения может привести к резкому спаду напряжения в нескольких блоках потребителей, так что несколько переключателей размыкаются. Это означает, что блок питания может быть расположен между двумя блоками питания, у которых переключатели разомкнуты. В этом случае блок питания в середине больше не снабжается напряжением по шине питания. После того как переключатели обоих соседних блоков потребителей разомкнуты, блок потребителя между этими обоими блоками потребителей может снабжаться электрическим напряжением посредством накопителя энергии. Тем самым, блок потребителя, и в случае короткого замыкания в другом блоке потребителя, продолжает снабжаться напряжением.

Кроме того, возможно, что переключатель снова замыкается, как только напряжение, приложенное к блоку потребителя, снова превысит заранее заданное пороговое значение. Это может, например, быть в случае, когда переключатели двух блоков потребителей, которые расположены по соседству с блоком потребителя с коротким замыканием, разомкнуты, и напряжение, предоставляемое от блока питания, снова возрастает. Посредством размыкания переключателя, блок потребителя с коротким замыканием отсоединяется от системы снабжения. Это означает, что остальные блоки потребителей могут регулярно снабжаться напряжением от блока питания. Если система снабжения имеет блок питания, то все блоки потребителей, которые расположены ближе к ближе к блоку питания, чем блок потребителя, в котором имеет место короткое замыкание, продолжают регулярно снабжаться напряжением. Если система снабжения имеет блок питания и дополнительный блок питания, то все остальные блоки потребителей могут продолжать снабжаться напряжением, в случае, когда в одном из блоков потребителей или в одной из шин питания имеет место короткое замыкание. Таким образом, система снабжения имеет улучшенную защиту от отказов.

Кроме того, предложен способ эксплуатации описанной здесь системы снабжения.

Согласно по меньшей мере одной форме выполнения способа, для каждого блока потребителя, соотнесенный переключатель размыкается, когда напряжение, приложенное к блоку потребителя, лежит ниже заранее заданного минимального значения. Напряжение, приложенное к блоку потребителя, может падать, например, ниже минимального значения, когда в другом блоке потребителя возникает короткое замыкание. В этом случае является предпочтительным, по меньшей мере время от времени отсоединять блок потребителя с коротким замыканием от системы снабжения путем размыкания переключателя соседнего блока потребителя или переключателей двух соседних блоков потребителей. Тем самым можно избежать прерывания напряжения на блоке потребителя или на индуктивном датчике блока потребителя. Кроме того, возможно, что напряжение, приложенное к блоку потребителя, спадает ниже минимального значения, если в шине питания возникает короткое замыкание. В этом случае предпочтительно разомкнуть переключатели блоков потребителей, которые находятся по соседству с коротким замыканием. Таким образом, остальные блоки потребителей могут продолжать снабжаться напряжением от блока питания.

Согласно по меньшей мере одной форме выполнения способа, размыкание соотнесенного переключателя осуществляется спустя заранее заданный временной интервал, если напряжение, приложенное к блоку потребителя, лежит ниже заранее заданного минимального значения. Это может означать, что соотнесенный переключатель размыкается, только если напряжение, приложенное к блоку потребителя, в течение заранее заданного временного интервала лежит ниже минимального значения. Тем самым исключается то, что переключатель размыкается при кратковременных колебаниях напряжения. Кратковременные колебания напряжения могут возникать вдоль линии снабжения также в случаях, когда не происходит никакого короткого замыкания. Для этого случая, соотнесенный переключатель размыкается только после заранее заданного временного интервала, если напряжение, приложенное к блоку потребителя, в течение этого временного интервала лежит ниже минимального значения.

Согласно по меньшей мере одной форме выполнения способа, после размыкания переключателя, переключатель замыкается через заранее заданные временные промежутки, если напряжение, приложенное к соответствующему блоку потребителя, лежит выше заранее заданного порогового значения. Это может означать, что переключатель замыкается, как только напряжение, приложенное к блоку потребителя, лежит выше порогового значения. Если напряжение, приложенное к блоку потребителя, затем снова падает ниже минимального значения, то переключатель снова может размыкаться. Если напряжение, приложенное к блоку потребителя, затем не падает снова ниже минимального значения, то переключатель может оставаться замкнутым. Таким образом, обеспечивается возможность того, что блоки потребителей, в которых отсутствует короткое замыкание, могут продолжать регулярным образом снабжаться напряжением от блока питания, как только переключатели блоков потребителей, которые расположены по соседству с блоком потребителя с коротким замыканием, размыкаются.

Далее, описанная здесь система снабжения и описанный здесь способ эксплуатации системы снабжения поясняются более подробно на основе примеров выполнения и относящихся к ним чертежами.

Фиг. 1 и 2 показывают пример выполнения системы снабжения для снабжения электрическим напряжением.

На фиг. 3, 4 и 5 показан другой пример выполнения системы снабжения.

На фиг. 6, 7 и 8 показаны примеры выполнения блока потребителя.

На фиг. 9 показан фрагмент другого примера выполнения системы снабжения.

С помощью фиг. 10 описывается пример выполнения способа эксплуатации системы снабжения.

На фиг. 1 показан пример выполнения системы 20 снабжения для снабжения электрическим напряжением. Система 20 снабжения включает в себя блок 21 питания, который содержит источник 22 напряжения. Источник 22 напряжения имеет два выхода 34. Один из выходов 34 заземлен, а другой из выходов 34 электрически соединен с блоком 35 ограничения тока. Альтернативным образом, возможно, что блок 21 питания вместо блока 35 ограничения тока имеет блок ограничения мощности. Кроме того, блок 21 питания имеет выход 34. Блок 35 ограничения тока выполнен с возможностью ограничения тока, появляющегося на выходе 34 блока 21 питания, до максимально допустимого тока. Если блок 21 питания имеет блок ограничения мощности, то последний выполнен с возможностью ограничения мощности, появляющейся на выходе 34 блока 21 питания, до максимально допустимой мощности. Между блоком 35 ограничения тока и выходом 34 блока 21 питания расположен диод 31. Блок 35 ограничения тока электрически соединен с диодом 31, и диод 31 электрически соединен с выходом 34 блока 21 питания. Диод 31 поляризован так, что он включен в направлении пропускания от блока 35 ограничения тока к выходу 34.

Система 20 снабжения также имеет по меньшей мере два блока 23 потребителей, в этом случае четыре блока 23 потребителей. Блоки 23 потребителей электрически соединены с блоками 21 питания. Блоки 23 потребителей расположены последовательно. Каждый из блоков 23 потребителей имеет первый вход 24 и второй вход 25. Первый вход 24 блока 23 потребителя электрически соединен с выходом 34 блока 21 питания. Первый вход 24 блоков 23 потребителей электрически соединен через шину 29 питания с выходом 34 блока 21 питания. Второй вход 25 этого блока 23 потребителя электрически соединен с первым входом 24 дополнительного блока 23 потребителя через дополнительную шину 29 питания. Это означает, что между двумя блоками 23 потребителей соответственно расположена шина 29 питания. При этом соответствующие два блока 23 потребителей через точно одну шину 29 питания электрические соединены друг с другом. Предпочтительным образом, следовательно, не требуется вторая шина 29 питания между двумя блоками 23 потребителей. Шина 29 питания может содержать два электропроводных кабеля или провода.

Каждый из блоков 23 потребителей имеет переключатель 26, который расположен между соответствующим первым входом 24 и соответствующим вторым входом 25. Переключатели 26 включены электрически последовательно. Соответственно два переключателя 26 соединены друг с другом через одну шину 29 питания. Первые входы 24 и вторые входы 25 соответственно электрически соединены с диодом 31. Кроме того, каждый из блоков 23 потребителей выполнен с возможностью автономного управления соответственно соотнесенным переключателем 26. Структура блоков 23 потребителей показана на фиг. 6-9.

Каждый из блоков 23 потребителей содержит потребитель 38. Каждый из потребителей 38 может содержать индуктивный датчик. Датчики могут представлять собой детекторы колес для обнаружения поездов, расположенные вдоль рельсов. Таким образом, шины 29 питания между блоками 23 потребителей могут иметь длины в несколько метров, несколько сотен метров или несколько километров.

На фиг. 2 показан изображенный на фиг. 1 пример выполнения. Между вторым блоком 23 потребителя слева и третьим блоком 23 потребителя имеет место короткое замыкание на массу в шине 29 питания. Блоки 23 потребителей выполнены с возможностью измерения напряжения, приложенного к блоку 23 потребителя. Для этого определяется соответствующее напряжение, которое приложено между одним из диодов 31 и массой. Если возникает короткое замыкание, то ток сильно возрастает, а напряжение падает. Блоки 23 потребителей выполнены с возможностью управления соответственно соотнесенным переключателем 26 в зависимости от напряжения, приложенного к соответствующему блоку 23 потребителя. Из-за короткого замыкания в шине 29 питания, напряжение, приложенное ко второму блоку 23 потребителя слева, спадает ниже заранее заданного минимального значения. Поэтому соотнесенный переключатель 26 размыкается. Кроме того, возможно, что приложенное напряжение на нескольких блоках 23 потребителей спадает ниже заранее заданного минимального значения, и поэтому несколько переключателей 26 размыкаются. Например, в третьем блоке 23 потребителя соотнесенный переключатель 26 также размыкается ввиду резкого падения напряжения. Пока короткое замыкание продолжает иметь место в шине 29 питания, третий блок 23 потребителя и четвертый блок 23 потребителя не могут больше снабжаться напряжением от блока 21 питания.

Посредством размыкания переключателя 26 второго блока 23 потребителя, короткое замыкание в шине 29 питания, однако, развязывается от блока 21 питания. Поэтому первый блок 23 потребителя и второй блок 23 потребителя могут продолжать снабжаться напряжением от блока 21 питания. Таким образом, показанная здесь структура системы 20 снабжения позволяет простым соединением между блоками 23 потребителей и в случае короткого замыкания в шине 29 питания продолжать осуществлять снабжение напряжением по меньшей мере некоторых из блоков 23 потребителей с помощью блока 21 питания.

На фиг. 3 показан другой пример выполнения системы 20 снабжения. В отличие от примера выполнения, показанного на фиг. 1, система 20 снабжения имеет дополнительный блок 27 питания с дополнительным источником 28 питания. Дополнительный блок 27 питания имеет такую же структуру, как и у блока 21 питания. Дополнительный блок 27 питания расположен на стороне системы 20 снабжения, противоположной блоку 21 питания. Дополнительный блок 27 питания имеет выход 34, который посредством шины 29 питания электрически соединен со вторым входом 25 одного из блоков 23 потребителей.

На фиг. 4 показан изображенный на фиг. 3 пример выполнения. Между вторым блоком 23 потребителя слева и третьим блоком 23 потребителя имеет место короткое замыкание на массу в шине 29 питания. После резкого падения напряжения вдоль шины 29 питания, переключатели 26 второго и третьего блока 23 потребителя остаются разомкнутыми. Таким образом, короткое замыкание в шине 29 питания развязывается от блока 21 питания и дополнительного блока 27 питания. Первый и второй блоки 23 потребителей продолжают снабжаться напряжением от блока 21 питания. Третий и четвертый блоки 23 потребителей продолжают снабжаться напряжением от дополнительного блока 27 питания. Это означает, что все блоки 23 потребителей и при коротком замыкании в шине 29 питания могут продолжать регулярным образом снабжаться напряжением.

На фиг. 5 показан изображенный на фиг. 3 пример выполнения. В третьем блоке 23 потребителя слева имеет место короткое замыкание. Поэтому напряжение вдоль шины 29 питания спадает, из-за чего может произойти размыкание нескольких переключателей 26. После размыкания переключателя 26 на втором блоке 23 потребителя и четвертом блоке 23 потребителя остальные переключатели 26 последовательно снова замыкаются. Теперь первый и второй блоки 23 потребителей могут продолжать снабжаться напряжением посредством блока 21 питания. Четвертый блок 23 потребителя продолжает снабжаться напряжением посредством дополнительного блока 27 питания. Дефектный третий блок 23 потребителя развязан от блока 21 питания и от дополнительного блока 27 питания. Тем самым, предпочтительным образом, эта структура системы 20 снабжения обеспечивает возможность того, что только дефектный блок 23 потребителя развязывается от системы 20 снабжения, а все дополнительные блоки 23 потребителей продолжают снабжаться напряжением регулярным образом. Для этого требуется только соответственно одна шина 29 питания между блоками 21, 27 питания и блоками 23 потребителей.

На фиг. 6 показан пример выполнения блока 23 потребителя. Блок 23 потребителя имеет первый вход 24 и второй вход 25. Первый вход 24 и второй вход 25 соответственно электрически соединены с шиной 29 питания. Между первым входом 24 и вторым входом 25 расположен переключатель 26. Параллельно переключателю 26 включено сопротивление 32. Сопротивление 32 представляет собой зарядное сопротивление. Первый вход 24 электрически соединен с диодом 31. Диод 31 дополнительно электрически соединен с измерительным устройством 33 и другим диодом 31. Измерительное устройство 33 выполнено с возможностью определения напряжения, приложенного к блоку 23 потребителя. Второй вход 25 электрически соединен с другим диодом 31. Дополнительный диод 31 также соединен с измерительным устройством 33 и еще одним диодом 31. Таким образом, в измерительном устройстве 33 определяется напряжение, приложенное между блоком 23 потребителя и массой. Измерительное устройство 33 соединено с блоком 36 управления. Блок 36 управления выполнен с возможностью управления переключателем 26. Это означает, что блок 36 управления может управлять переключателем 26 таким образом, что последний замыкается или размыкается. Блок 36 управления соединен с переключателем 26 посредством управляющего соединения 37. Управляющее соединение 37 может представлять собой механическое, электрическое или беспроводное соединение.

Посредством двух диодов 31 в направлении пропускания, первый вход 24 и второй вход 25 соответственно электрически соединены с накопителем 30 энергии блока 23 потребителя. Накопитель 30 энергии соединен с измерительным устройством 33 и блоком 36 управления. Кроме того, накопитель 30 энергии соединен с электрическим потребителем 38, например, индуктивным датчиком. Когда напряжение на обоих входах 24, 25 в случае помехи или размыкания переключателей 26 соседних блоков 23 потребителей прерывается, измерительное устройство 33, блок 36 управления и электрические потребители 38 могут снабжаться напряжением от накопителя 30 энергии.

На фиг. 7 показан другой пример выполнения блока 23 потребителя. По сравнению с примером выполнения, показанным на фиг. 6, блок 23 потребителя содержит два транзистора 39. Транзисторы 39 представляют собой p-канальные полевые транзисторы со структурой металл-оксид-полупроводник. Транзисторы 39 действуют в этом случае как электрические вентили. Кроме того, транзисторы 39 действуют как переключатели. Транзисторы 39 соединены соответственно посредством управляющего соединения 37 с блоком 36 управления. Блок 36 управления выполнен с возможностью управления транзисторами 39. Если в системе 20 снабжения отсутствуют помехи, и блоки 23 потребителей снабжаются током посредством блока 21 питания, ток может протекать через диоды одного из транзисторов 39 в направлении пропускания диодов, а другой из транзисторов 39 управляется таким образом, что ток через него может протекать в том же направлении к следующему блоку 23 потребителя. Для остановки протекания тока, этот транзистор 39 может управляться таким образом, что ток не сможет протекать далее. Это соответствует ситуации, когда переключатель 26 в примере выполнения, показанном на фиг. 6, разомкнут. Для показанного блока 23 потребителя, возможно протекание тока в обоих направлениях. Предпочтительным образом, транзисторы 39 могут управляться таким образом, что спад напряжения на диоде 31 блока 23 потребителя замыкается накоротко. За счет этого повышается электрический коэффициент полезного действия.

На фиг. 8 показан другой пример выполнения блока 23 потребителя. По сравнению с примером выполнения, показанным на фиг. 7, блок 23 потребителя соединен посредством шины 29 питания с другим полюсом блока 21 питания. Транзисторы 39 в этом случае представляют собой n-канальные полевые транзисторы со структурой металл-оксид-полупроводник. Диод 31 и измерительное устройство 33 вместо соединения с шинами 29 питания соединены с обратным проводов к блоку 21 питания или опорным потенциалом. Этот пример выполнения по сравнению с примером, показанным на фиг. 7, имеет преимущество, состоящее в том, что не требуется преобразователь уровня. Вместо этого, транзисторы 39 могут непосредственно управляться блоком 36 управления. В примере выполнения на фиг. 7 при высоких напряжениях для управления транзисторами 39 требуется преобразователь уровня.

На фиг. 9 показан фрагмент другого примера выполнения системы 20 снабжения. Система 20 снабжения имеет блок 21 питания и по меньшей мере два блока 23 потребителей. Наряду с показанными блоками 23 потребителей, система 20 снабжения может иметь дополнительные компоненты. Каждый из блоков 23 потребителей соединен с обоими полюсами блока 21 питания. Это означает, что каждый из блоков 23 потребителей соединен с обоими выходами 34 блока 21 питания. Первый блок 23 потребителя через две шины 29 питания соединен соответственно с обоими выходами 34 блока 21 питания. При этом первый вход 24 блока 23 потребителя через шину 29 питания соединен с выходом 34 блока 21 питания. Кроме того, выход 34 блока 23 потребителя через шину 29 питания соединен с выходом 34 блока 21 питания. Второй блок 23 потребителя через две шины 29 питания и первый блок 23 потребителя соединен с обоими выходами 34 блока 21 питания. Таким образом, потребители 38 блоков 23 потребителей включены электрически параллельно. В частности, потребители 38, относительно выходов 34 блока 21 питания, включены электрически параллельно друг другу.

В связи с фиг. 10 описан пример выполнения способа эксплуатации системы 20 снабжения. На первом этапе S1, для каждого блока 23 потребителя, напряжение, приложенное к блоку 23 потребителя, измеряется измерительным устройством 33. На втором этапе S2 определяется, лежит ли измеренное напряжение ниже заранее заданного минимального значения. Для случая, когда измеренное напряжение лежит ниже минимального значения, спустя заранее заданный временной интервал, на третьем этапе S3, снова измеряется приложенное напряжение. За счет двухкратного измерения напряжения, предотвращается размыкание переключателя 26 уже при кратковременных спадах напряжения в системе 20 снабжения. Для случая, когда измеренное напряжение уже на первом этапе S1 лежит выше минимального значения, после второго этапа S2 вновь следует первый этап S1. После третьего этапа S3, на четвертом этапе S4 вновь определяется, лежит ли измеренное на третьем этапе S3 напряжение ниже минимального значения. Если напряжение лежит выше минимального значения, то на этапе S1, например, речь идет о кратковременных спадах напряжения в системе 20 снабжения. В этом случае снова следует этап S1. Если напряжение вновь лежит ниже минимального значения, то на пятом этапе S5 переключатель 26 размыкается.

Если в одной из шин 29 питания или в одном из блоков 23 потребителей имеет место помеха или короткое замыкание, то напряжение в системе 20 снабжения сильно спадает, по меньшей мере местами. Для того чтобы защитить работоспособные блоки 23 потребителей от помех или коротких замыканий, соотнесенные переключатели 26 размыкаются. На шестом этапе S6, работоспособные и отсоединенные от шины 29 питания блоки 23 потребителей снабжаются напряжением от соответствующих собственных накопителей 30 энергии. На следующем этапе S7, спустя заранее заданный временной интервал, измеряется напряжение, приложенное к блоку 23 потребителя. Если напряжение лежит ниже заранее заданного порогового значения, то переключатель 26 остается разомкнутым, и вновь следует этап S7. Если напряжение лежит выше заранее заданного порогового значения, то на следующем этапе S8 переключатель 26 снова замыкается. Поэтому возможно, что в этом случае дефектный блок 23 потребителя или дефектная шина 29 питания снова подключается к работоспособной шине 29 питания. На следующем этапе S9 измеряется напряжение, приложенное к блоку 23 потребителя. Если напряжение лежит ниже заранее заданного порогового значения, то переключатель 26 на следующем этапе S10 снова размыкается. Переключатель 26 снова размыкается не спустя заранее заданный временной интервал, а мгновенно, чтобы удерживать возможный спад напряжения на блоке 23 потребителя по возможности коротким. Если помеха или короткое замыкание не были устранены, то напряжение, приложенное к блоку 23 потребителя, продолжает находиться ниже порогового значения или ниже минимального значения. На следующем этапе S11, переключатель 26 остается разомкнутым в течение заранее заданного временного интервала. На последующем этапе S7 повторно измеряется приложенное напряжение. Это означает, что переключатель 26 может на следующем этапе S8 повторно замыкаться для проверки. При этом заранее заданный временной интервал на этапе S11 может увеличиваться во времени.

Если измеренное на этапе S9 напряжение лежит выше порогового значения, то переключатель 26 остается замкнутым на следующем этапе S12. На следующем этапе S13 переключатель 26 остается замкнутым в течение заранее заданного временного интервала. На следующем этапе S14 измеряется напряжение, приложенное к блоку 23 потребителя. Если напряжение лежит ниже порогового значения, то на следующем этапе S16 переключатель 26 снова размыкается. Затем, на этапе S6, работоспособные и отсоединенные от шины 29 питания блоки 23 потребителей снабжаются напряжением посредством соответствующих собственных накопителей 30 энергии.

Если измеренное на этапе S14 напряжение лежит выше порогового значения, то переключатель 26 на следующем этапе S15 остается замкнутым. После этапа S15 вновь следует этап S1. Если в блоке 23 потребителя имеет место короткое замыкание, то соотнесенный переключатель 26 остается разомкнутым. После того как напряжение в системе 20 снабжения снова лежит выше порогового значения, остальные переключатели 26 снова замыкаются, и остальные блоки 23 потребителей снова снабжаются напряжением от блока 21 питания и, при необходимости, от дополнительного блока 27 питания. Если в одной из шин 29 питания имеет место короткое замыкание, то переключатели 26 соседних двух блоков 23 потребителей остаются разомкнутыми до тех пор, пока короткое замыкание не будет устранено. Это реализуется посредством короткого проверочного замыкания переключателей 26 соседних двух блоков 23 потребителей и измерения напряжения на двух блоках 23 потребителей. В это время все блоки 23 потребителей снабжаются напряжением от блока 21 питания и, при необходимости, от дополнительного блока 27 питания. Тем самым система 20 снабжения обладает улучшенной защитой от отказов. 

Перечень ссылочных позиций

20: Система снабжения

21: Блок питания

22: Источник напряжения

23: Блок потребителя

24: Первый вход

25: Второй вход

26: Переключатель

27: Дополнительный блок питания 28: Дополнительный источник напряжения

29: Шина питания

30: Накопитель энергии

31: Диод

32: Сопротивление

33: Измерительное устройство

34: Выход

35: Блок ограничения тока

36: Блок управления

37: Управляющее соединение

38: Потребитель

39: Транзистор

S1-S16: Этапы

Использование: в области электротехники. Технический результат – повышение надежности электроснабжения. Система (20) снабжения электрическим напряжением содержит по меньшей мере один блок (21) питания, содержащий источник (22) напряжения, и по меньшей мере два блока (23) потребителей. Каждый из блоков (23) потребителей содержит переключатель (26) между своим первым и вторым входом (24, 25) и электрически связан с блоком (21) питания. Потребители (38) включены электрически параллельно. Каждый из блоков (23) потребителей выполнен с возможностью автономного управления соответственно соотнесенным переключателем (26). 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Система (20) снабжения для снабжения электрическим напряжением, причем система (20) снабжения содержит:

- по меньшей мере один блок (21) питания, который содержит источник (22) напряжения, и

- по меньшей мере два блока (23) потребителей, причем

- блоки (23) потребителей содержат соответственно первый вход (24), второй вход (25) и потребитель (38),

- каждый из блоков (23) потребителей содержит переключатель (26), который расположен между соответствующим первым и соответствующим вторым входом (24, 25),

- по меньшей мере один блок (23) потребителя электрически связан с блоком (21) питания,

- потребители (38) включены электрически параллельно, и

- каждый из блоков (23) потребителей выполнен с возможностью автономного управления соответственно соотнесенным переключателем (26).

2. Система (20) снабжения по п. 1, в которой система (20) снабжения содержит по меньшей мере один дополнительный блок (27) питания с дополнительным источником (28) напряжения.

3. Система (20) снабжения по любому из предыдущих пунктов, в которой каждый переключатель (26) управляется исключительно посредством информации соотнесенного блока (23) потребителя.

4. Система (20) снабжения по любому из предыдущих пунктов, в которой блок (21) питания содержит ограничитель тока или ограничитель мощности.

5. Система (20) снабжения по предыдущему пункту, в которой, соответственно, два блока (23) потребителей посредством точно одной шины (29) питания электрически соединены друг с другом.

6. Система (20) снабжения по любому из предыдущих пунктов, в которой потребители (38) содержат соответственно по одному индуктивному датчику.

7. Система (20) снабжения по любому из предыдущих пунктов, в которой каждый из блоков (23) потребителей содержит накопитель (30) энергии.

8. Система (20) снабжения по любому из предыдущих пунктов, в которой первые входы (24) и вторые входы (25) электрически соединены, соответственно, с электрическим вентилем.

9. Система (20) снабжения по предыдущему пункту, в которой электрические вентили содержат, соответственно, по одному диоду (31) или транзистору (39).

10. Система (20) снабжения по любому из предыдущих пунктов, в которой параллельно каждому переключателю (26) включено сопротивление (32).

11. Система (20) снабжения по любому из предыдущих пунктов, в которой каждый из блоков (23) потребителей содержит измерительное устройство (33), которое выполнено с возможностью определения напряжения, приложенного к соответствующему блоку (23) потребителя.

12. Система (20) снабжения по предыдущему пункту, в которой каждый из блоков (23) потребителей выполнен с возможностью управления, соответственно, соотнесенным переключателем (26) в зависимости от напряжения, приложенного к соответствующему блоку (23) потребителя.

13. Способ эксплуатации системы (20) снабжения по любому из пп. 11 или 12, причем для каждого блока (23) потребителя соотнесенный переключатель (26) размыкают, если напряжение, приложенное к блоку (23) потребителя, лежит ниже заранее заданного минимального значения.

14. Способ по предыдущему пункту, в котором размыкание соотнесенного переключателя (26) осуществляют спустя заранее заданный временной интервал, если напряжение, приложенное к блоку (23) потребителя, лежит ниже заранее заданного минимального значения.

15. Способ по любому из пп. 13 или 14, в котором, после размыкания переключателя (26), переключатель (26) замыкают через заранее заданные временные промежутки, если напряжение, приложенное к соответствующему блоку (23) потребителя, лежит выше заранее заданного порогового значения.