Устройство для питания постоянным током приемников энергии Советский патент 1983 года по МПК H02J7/34 

Изобретение относится к схемам распределения электрической энергии и питания постоянным током резистивных приемников энергии и может бить применено, например, на электрических станциях и подстанциях при стационарной установге аккумуляторньох батарей и в качестве автономных источников энергии на передвижных объектах (самолетах, судах, космических аппаратах и т.п./ для питания вспомогательного оборудования и различных механизмов, систем и устройст

Расширение функциональных возможностей схемы постоянного оперативного тока и повышение надежности элект роснабжения приемников энергии в различных режимах работы привело к созданию многочисленных схем и устройств.

Известны устройства для питания постоянным током приемников энергии с одной аккумуляторной батареей большей емкости , с двумя аккумуляторными батареями одинаковой емкости р1и 4 .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для питания постоянным током приемников энергии, содержащее две аккумуляторные батареи разной емкости (меньшей и большей), секционированные системы сборных силовы шин и шинок управления с подключенными к ним разнотипными нагрузками/ два регулируемых балластных резистог ра, два заря дно - подзарядных выпрямительных агрегата, три силовых диода и коммутационные аппараты (JsJ Однако у этого устройства ограни- чены функциональные возможности, схемы в некоторых нормальных режимах работы и в аварийных ситуациях, недостаточная степень надежности электроснабжения приемников энергии постоянного тока.

Цель изобретения - расширение фун циональных возможностей схемы постояного тока и повышение надежности электросна:бжения разнотипных приемников энергии.

Поставленная цель достигается тем что в устройство для питания постоянным током приемников энергии, содержащее секционированные системы силовых шин и шинок управления с подключенными к ним разнотипными нагрузнами, два независимых источника питания в виде аккумуляторных батарей разной емкости с дополнительными и хвостовыми эле 1ентами, йоединенные параллельно через двухплечевую вентильную группу, образованную тремя силовыми Диодами, зарядно- подзарядные выпрямительные агрегаты и регу лируемые балластные резисторы, введены дополнительный силовой диод, переключатель положения без разрывания цепи с последовательно соединенной катушкой индуктивности, однополюсные автоматические выключатели, двухполюсный рубильник и два механически сблокированных двухполюсных автоматических выключателя, причем дополнительный силовой диод включен в левое плечо вентильной группы параллельно аналогичному силовому диоду, в цепь между отрицательными выводами аккумуляторных батарей разной емкости введен переключатель положения без разрывания цепи с последовательно соединенной катушкой индуктивности ,- а вентильная группа включена в цепи между отрицательными выводами аккумуляторных батарей разной емкости и шинками управления, однополюсные автоматические выключателй установлены в цепи между положительными выводами аккумуляторных батарей и зарядно- подзарядных в-дпрямительных агрегатов, выводы основных элементов аккумуляторной батареи бол шей емкости присоединены к шинкам управления через двухполюсный рубильник и левое плечо вентильной группы, а один из регулируемых балластных резисторов подключен параллельно дополнительным и хвостовым элементам аккумуляторных батарей через механически сблокированные двухполюсные автоматические выключатели.

На чертеже избражено устройство.

Устройство для питания постоянным током приемников энергии состоит из двух независимых и автономно работающих аккумуляторных батарей - большей емкости 1 (с основными и -дЪполнительными элементами) и меньшей емкости 2 (с основными и хвостовыми элементами), двух взаиморезервиру- емых зарядно-подзарядных выпрямительных агрегатов 3 и 4, двух независимых секционированных систем сборных силовых шин 5, снабженных устройством контроля изоляции, с шинами нсялинапьного и повышенного напряжений, соединенных соответственно с выводами основных и дополнительных элементов аккумуляторной батареи 1 большей емкости, шинок 6 управления также с устройством контроля изоляции, вентильной группы из четырех силовых диодов 7 и 8 (правое плечо) 9 и 10 (левое плечо), соединенных попарно параллельно с одноименной полярностью и встречно друг Яругу в цепи между отрицательными выводами аккумулЛторных батарей .меньшей 2 и большей 1 емкости и шинками 6 управления, двух балластных регулируешлх резисторов 11 и 12, служащих 11 - для ко№1енсации разности выходных, выпрямленных напряжений зарядно-подзарядных выпрямителвных агрегатов 3 к 4, а 12 - для обеспечения равйомерного заряда или дозаряда основных и дополнительных элементов аккумуляторной батареи .1 большей ем- . кости посредством двухполюсного автоматического выключателя 13 или основных и хвостовых элементов аккумуляторной батареи 2 меньшей емкости при включенном автоматическом йыключателе 14, причем для устранения возможности одновременного вклю чения двухполюсных автоматических выключателей 13 и 14 выполняется .их механическая блокировка переклю чателя положения без разрывания цепи 15 с подключенной последовательно ему катушкой 16 индуктивности, двухполюсного рубильника 17, однополюсных автоматических выключателей 18 в цепи положительного вывода аккумуляторной батареи 2 меньшей ем кости 19-24 в выходных цепях зарядно-подзарядиого выпрямительного агрегата 3 и зарядно-подзарядного вып рямительного агрегата 4 и 25 в цепи между положительными выводами аккумуляторных батарей меньшей 2 и. боль шей 1 емкости, двухполюсных автомат ческих выключателей 26 в цепи питания кратковременных толчковых токов нагрузки небольшой величины 27 и двухполюсных автоматических выключа телей 28 в тех же цепях при питании кратковременных токов толчковой нагрузки большой величины 29, секцион ных автоматических выключателей 30 в цепях шинок б управления, двух полюсных автоматических выключателей 31 в цепях питания нормальных длительных 32 или аварийных 33 нагрузок , и трехполюсных автоматических выключателей 34, служащих для секционирования систем сборных сило вых шин 5. Автономность работы аккумуляторных батарей меньшей 2 и большей 1 емкости обеспечивается за счет соединения нх положительных выводов через однополюсный автоматический выключатель 25, находящийся в нормальном режиме в отключенном состоя нии, а отрицательных выводов - чере двухполюсный рубильник 17 и вентиль ную группу 7-10, причём рубильник 1 также откл«(чен. „ Последовательно переключателю положений без разрывания цепи 15 введена катушка 16 индуктивности, служащая для ограничения токов короткого замыкания хвостовых элеменч тов аккумуляторной батареи 2 малой емкости, возникающих в моменты коммутации этого переключателя и устра нения, тем самым их глубокого разряда. Питание шинок 6 управления с подключенными к ним приемниками 32 иди 33 энергии, в различных режимах работы устройства осуществляется от всех (.основных и хвостовых) или только от ocHOBHfcox элементов аккумуляторной батареи 2 меньшей емкости через специальный переключатель положения без разрывания цепи 15. Для этой, же цели можно использовать и обычный переключатель на два положения, предварительно на время производства коммутационных переключений подключен параллельно аккумуляторной батарее 2 меньшей емкости основные элементы аккумуляторной батареи 1 большей емкости посредством двухполюсного рубильника 17 и однополю,сного автоматического выключателя 25. Этим также обеспечивается бесперебойность электроснабжения приемников 32 энергии. В аварийном режиме и при глубоком разряде аккумуляторной батареи 2 меньшей емкости для обеспечения стабильных уровней напряжения на шинках 6 управления в устройстве реализована возможность подключенияосновных элементов аккумуляторной батареи 1 большей е цсости параллельно аккумуляторно.й батарее 2 меньшей емкости, причем после проведения оперативных коммутационных переключений с двухполюсным рубильником 11 и однополюсным автоматическим выключателем 25 аккумуляторную батарею 2 меньшей емкости отключают от шинок б управления посредством однополюсного автоматического выключателя 18 с целью устранения ее дальнейшего разряда. С целью повышения надежности работы схемы постоянного тока параллельно силовому диоду 9 левого плеча вентильной группы вводится дополнительный силовой диод 10 с той же полярностью, дублирующий диод 9 в случае выхода последнего .из строя. Назначение силовых диодов 7 и 8 правого плеча вентильной группы,соединенных параллельно и установленных в цепи между отрицательными выводами аккумуляторных батарей малой 2 и большей 1 емкости.и шинками 6 управления, состоит в исключении учас тия в питании мсхцных кратковременных толчковых токов нагрузок 27 или 29 со стороны моломощной аккумуляторной батареи 2 меньшей емкости при вкгазченных коммутационных аппаратах 17 и 25 и обеспечении тем самым стабильного уровня нгшряжения на шинках 6 управления в моменты работы мощных приемников 27 или 29 энергии от силовых шин 5. Силовые диоды 9 и 10 левого плеча вентильной предотвращают разряд основных элементов аккумуляторной батареи 1 большей емкости на израсходовавшую часть запасенной электрической энергии аккумуляторную батарею 2 меньшей емкости, обеспечивая .лишь питание аварийных нагру,u.ii( J. от аккумуляторной батареи 1 6(;ч1:.июй емкости (от ее основных эле ментов) , Устройство работает следующим образом. В нормальном режиме работы двух аккумуляторных батарей разной (боль шей 1 и меньшей 2) емкости при наличии в системе собственных нужд переменного тока и отключенных одно полюсных аБТоматичес11 их выключателях 19, 23f 25 и двухполюсном рубил нике 1 зарядко-подзарядные выпрями тельные агрегаты3 и 4 каждый раздельно осуществляют подзаряд аккумуляторных батарей большей 1 и мень шей 2 емкости и питание разнотипных нагрузок 27 и 32. Зарядно-подзарядный выпрямительный агрегат 3 осуществляет постоянный подзаряд (либо дозаряд) аккумуляторной батареи 1 большей емкости и совместно с ней (только за счет основных элементов) питает небольшие по величине кратко временные толчковые токи нагрузок 2 подключенных через двухполюсные автоматические выключатели 26 к сило вым шинам 5 номинального напряжения Большие кратковременные толчковые то ки нагрузок 29 питает только аккумуляторная батарея 1 большей емкости (как основные, так и дополнительные элемента) при этом зарядно-подзаряд ный выпрямительный агрегат 3 от срабатывания защиты отключается от сети постоянного тока. Зарядно-подзаряд ный.выпрямительный агрегат 4Ьсуществляет как постоянный подзаряд (дозаряд, аккумуляторной батареи 2 меньшей емкости при включенных однополюс ных автоматических выключателях 22 и 24, так и буферное питание длительной нагрузки 32. Зарядно-подзарядные выпрямительные агрегаты 3 и 4 при отключенных однополюсных автоматических выключателях 19, 23, 25 и двухполюсном рубильнике-17 работают раздельно: 3 на аккумуляторную батарею 1 большей емкости, а 4 - на аккумуляторную ба тарею 2 меньшей емкости. При наличии переменного тока в системе собственных нужд, но при выходе из строя одного из зарядно-подзарядных вЁшрямительных агрегатов всю его нагрузку может принять на себя оставшийся в работе зарядноподзарядный выпрямительный агрегат. Например, при выходе из строя зарядно-подэарядного выпрямительного агрегата 3 аккумуляторная батарея 1 большей емкости,теряет питание подзаряда и переходит в режим саморазряда . Спустя определеннее время всле ствие саморазряда напряжение и емкость -дккумулячорной батареи 1 боль;;:о(1 емкости снизятся. Для прелотвращения саморазряда аккумуляторной батареи 1 большей емкости производится ее подключение к оставшемуся в работе зарядно-подзарядному выпрямительному агрегату 4 следующим образом: предварительно отключают однополюсные автоматические выключатели 19-21 и выводят в ремонт зарядно-подзарядный выпр;1мительный агрегат 3. Затем одновременно вводится сопротивление балластного резистора 11 и поднимается уровень выходного выпрямленного напряжения зарядно-подзарядного выпрямительного агрегата 4 таким образом, чтобы напряжение на шинках управления было равно номинальному, а на шинах повышенного напряжения силовых шин 5 его величина была равна выходному выпрямленному напряжению вышедшего из строя зарядно-подзарядного выпрямительного агрегата 3. Разность выходных выпрямленных напряжений зарядно-подзарядных выпрямительных агрегатов 3 и 4 компенсируется балластным регулируемым резистором 11, После достижения выходным выпрямленным напряжением заданного значения производится подклю чение аккумуляторной батареи 1 большей емкости к работающему, зарядноподзарядному выпрямительному агрегату 4 путем включения однополюсных автоматических выключателей 23 и 25. В длительном режиме разряда аккумуляторной батареи 2 малой емкости ее емкость и напряжение снижаются, что может привести к неспособности этой аккумуляторной батареи обеспечить питание приемников энергии постоянного тока с заданными параметрами в случае наложения на выход из строя зарядно-подзарядного выпрямительного агрегата 4 реальной аварийной ситуации. При выходе из строя зарядно-подзарядного выпрямительного агрегата 4 и наличии в системе собственных нужд переменного тока аккумулятор ;ая батарея 2 меньшей емкости переходит в режим разряда на постоянную длительную нагрузку 32 Для предотвращения такого режима разряда подаются соответствующие звуковые и световые сигналы для дежурного персонала, который производит подключение аккумуляторной батареи 2 меньшей емкости к работающему зарядно-поДзарядному выпрямительному агрегату 3 следующим образом: вводится сопротивление регулируемого балластного резистора 11 на определенную величину и включаются однополюсные автоматические выключатели 19 и 25. Зарядно-подзарядный выпрямительный агрегат-3 в этом случае осуществляет одновремен ный подзАряд обеих аккумуляторных батарей 1 и 2 и буферное питание постоянной длительной нагрузки 2.

Для вывода в ремонт заряднЬ-подзарядного выпрямительного агрегата 4 . предварительно отключают однополюсные автоматические выключатели 2224.

В режиме дозаряда при нгшичии в системе собственных нужд переменного трка каждый зарядно-подзарядный выпрямительный агрегат 3 и 4 осуществляет постоянный подзаряд только своей аккумуляторной, батареи, а зарядно-подзарядный выпрямительный агрегат 4 дополнительно с этим осуществляет буферное .питание постоянной длительной нагрузки 32. Для обеспечения в режиме дозаряда аккумуляторной батареи 2 меньшей емкости номинального напряжения на шинках 6 управления эти шинки на все время дозаряда подключают к основным элементам аккумуляторной батаг реи 2 меньшей емкости посредством переключателя положений без разрывания цепи 15..

В режиме дозаряда любой из ахку-. муляторных батарей и при наличии переменного тока в системе собственных нужд и выходе из строя одного из зарядно-подзарядных выпрямительных агрегатов 3 или 4 его нагрузку принимает оставшийся в работе зарядно-Ьодзарядный выпрями-Рельный агрегат. Порядок оперативных переключений сохраняется аналогичным режиму постоянного подзаряда, за исключением, операций с башластными регулируемыми резисторами 11 и 12: первый вводится уже на меньшую величину сопротивления, а второй при помщи двухполюсного автоматического вык: лючателя 14 нIyнtиpyeт хвостовые элементы аккумуляторной батареи 2 малой

емкости, причем переключатель положения без разрывания цепи 15 переводится в другое положение.

В аварийном режиме работы при исчезновении переменного тока в системе собственных нужд аккумуляторные батареи большей 1 и меньшей 2 емкости переходят соответственно в режимы . разряда и саморазряда и раздельно г итают разнотипные нагрузки: аккумуляторная батарея 1 большей емкоститолько кратковременную толчковую 27 или 29, а аккумуляторная батарея меньшей емкости 2 - аварийную 33. .

При использовании предлагаемого устройства обеспечивается независимость работы двух аккумуляторных батарей разной емкости на резистивную нагрузку, достигается возможность равномерного заряда и подзаряда (дозйряда основных и дополнительных (.хвостовых элементов аккумуляторных батарей разной емкости; облегчаетсяпоиск земли на любой из секций сбоныч силовых шин или шинок управления повышается надежность электроснабжения разнотипных приемников энергии от автономно работающих аккумуляторных батарей, в случае выхода из строя одного из силовых диодов левого плеча вентильной группы оставшийся в работе силовой диод обеспечивает бесперебойное питание шинок управления.

Таким образом, предлагаемое устройство для питания постоянным током приемников -энергии по сравнению с известными обладает более широкими функциональными возможностями и большей надежностью электроснабжения вспмогательного оборудования и систем управления.

4l|H-H.||L

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ ПОСТОЯННЫМ ТОКОМ ПРИЕМНИКОВ ЭНЕРГИИ, содержащее секционированные системы сборных силовых шин и шинок управления с подключенными к ним разнотипными нагрузками, два независимых источника питания в виде аккумуляторных батарей разной емкости с Дополг нительными и хвостовыми элементами, соединенные параллельно через двухплечевую вентильную группу, образованную тремя силовыми диодами, зарядно-подзарядные выпрямительные агрегаты и регулируем :.1е балластные резисторы, от. личающееся тем, что, с целью повышения надежности и расширения функциональных возможностей схемы постоянного тока, в него введены дополнительный силовой диод, переключатель положения без разрывания цепи.с последовательно соединённой катушкой индуктивности, однополюсные автоматические выключатели, двухполюсный рубильник и два механически сблокированных двухполюсных автоматических выключателя, причем дополнительный силовой диод включен в левое плечо вентильной группы параллельно аналогичному силовому диоду, в цепь между отрицаi тельными ВЫВОДЕ1МИ аккумуляторных батарей разной е жости введен переклю-. СО чатель положения без разрывания цепи с последовательно соединенной катушкой индуктивности, а вентильная группа включена в цепи между отрицательными выводами аккумуляторных батарей разной емкости и шинками управления, однополюсные автоматические, выключатели установлены в цепях положительных выводов зарядно.- подзарядных э выпрямительных агрегатов и аккумуля торных батарей разной емкости, выво ды основных элементов аккумуляторной : батареи большей емкости присоединены к шинкам управления через двухполюсN0 ный рубильник и левое плечо вентильэо ной группы, один из регулируемыхбалластных резисторов подключен .параллельно дополнительным и хвостовым элементом аккумуляторных батарей разной емкости через механически сблокированные двухполюсные автоматические выключатели.