Система для резервного питания нагрузки постоянным током Советский патент 1984 года по МПК H02J7/34 

Изобретение относится к резервир ванным системам питания, а именно к области коммутсщии секционированных гккумуляторных батарей в автоматиче ких электропитающих установках (ЭПУ Известно устройство автоматическ кoм 1yтaции ЭПУ с секционированной б тареей. В данном устройстве при нал чии напряжения питающей сети буферный выпрямитель питает нагрузку и с держит одиннадцать основных злементов аккумуляторной батареи в режиме непрерывного подзаряда. При пропадании напряжения питающ сети, питание аппаратуры осуществля ется от основных элементов,к которым по мере разряда контактором подключаются два дополнительных элемен та. На время коммутации контактов ток в нагрузку поступает через вентиль безобрывной коммутации. При появлении напряжения питающей дети включаются в режиме стабилизации то ка буферный выпрямитель и резервный зарядный выпрямитель. При повышении напряжения дополнительные элементы контактором отключаются и включаются на заряд от дополнительного зарядно го выпрямителя (безобрывность тока заряда при коммутации осуществляется через другой вентиль безобрывной ком мутации, а основные .элементы продолжают заряжаться до напряжения 2,3 В на элемент.батареи от буферного и резерьного зарядного выпрямителей, При достижении напряжения 2,3 В на элемент резервный зарядный выпрямитель отключается, а буферный выпрямитель переходит в режим стабилизации напряжения. Дополнительные элементы заряжаются от дополнительного зарядного выпрямителя, который по окончании заряда выключается, а дополнительные элементы подключаются к выпрямителю содержания l , Недостаткаг и схемы являются: наличие дополнительного зарядного выпрямителя; перенапряжения, возникаюаше при включении буферного и резерв ного зарядного выпрямителей для заряда тринадцати элементов батарей. При этом напряжение на нагрузке превышает ЭДС тринадцати элементов и достигает, например, для свинцовых аккуг ляторов более 27 В при верхней норме 24,6 В (24 В t10%). Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой системе явля ется система для резервного питания нагрузки постоянным, током, состоящая из основной и дополнительной аккумуляторных батарей, соединенных последовательно, вольтметрового реле, под ключенного параллельно основной аккумуляторной батарее, буферного выпрямителя, подключенного параллельно нагрузке, датчика тока в цепи нагрузки, резервного зарядного выпрямителя, минус которого соединен с минусом буферного выпрямителя и двух контакторов, катушки которых включены параллельно нагрузке, причем плюс дополнительной батареи подключен к нагрузке через замыкающий контакт одного и размыкающий контакт другого контакторов, минус основной батареи подключен к нагрузке непосредственно, точка соединения основной батареи соединена с точкой соединения плюса резервного зарядного выпрямителя, замыкающего контакты одного и размыкающего контакта другого контакторов через размыкающий контакт одного контактора, параллельно которому включен вентиль в прямом направлении, и тиристора, анод и катод которого подключены параллельно размыкающим контактам другого контактора и источника опорного напряжения, плюс которого подключен к плюсу дополнительной батареи, а минус - к управляющему электроду тиристора 2 . В данной схеме отсутствует дополнительный зарядный выпрямитель, однако схема также обладает рядом существенных недостатков: во время отключения аккумуляторов от нагрузки при их заряде резко сбрасывает ток буферных выпрямителей, что вызывает значительные перенапряжения в нагрузке; при пропадании напряжения питающей сети во время заряда все тринадцать элементов батареи подключаются к нагрузке и если при этом нарпяжение аккумуляторов велико (конец заряда), то на нагрузке (особенно при малой ее величине) оказывается завышенное напряжение;возможность ложного срабатывания тиристора при появлении сети в начале заряда аккумуляторных батарей, так как катод тиристора подключен к выходу буферного выпрямителя, напряжение которого увеличивается постепенно, поэтому катод тиристора при появлении сети может оказаться отрицательным по отношению к аноду, при этом тиристор ложно срабатывает, подключает аккумуляторную. батарею к н.агрузке, вследствие чего нарушается работа всей ЭПУ до NraMeHта сгорания тиристора, не рассчитанного на длительную работу. Целью изобретения является повышение надежности работы нагрузки и всей системы питания путем обспечения заданного напряжения на нагрузке во всех режимах работы системы питания, в том числе переходных процессах. Поставленная цель достигается тем, что и систему для резеврного питания нагрузки постоянным током, состоящую из основной и дополнительной аккумуляторных батарей, соединенных последовательно, первого вольтметрового ре-ле , подключенного параллельно основ-,

ной аккумуляторной батарее, буферного выпрямителя, минус которого соединен с минусом резервного зарядного выпрямителя, а через датчик тока с 1инусом ОСНОВНОЙ аккумуляторной батареи и двух контакторов, катушки которых подключены параллельно нагруке, причем плюс резервного зарядного выпрямителя соединен через замьакающий контакт первого контактора с плюсом дополнительной аккумуляторной батареи, через размыкающий контакт первого контактора - с точкой соединения основной и дополнительной аккумуляторных батарей и с анодом первого вентиля безобрывной коммутации, а через размыкающий контакт второго контактора - с плюсом нагрузки, введены второе вольтметровое реле,подключенное параллельно основной и дополнительной аккумуляторным батареям противоэлементы, подключенные параллельно размыкающему контакту второго контактора и второй вентиль безобрывной коммутации, катод которого подключен X плюсу дополнительной аккумуляторной батареи, а анод - к плюсу резервного заряднога.выпрямителя и плюсу буферного выпрямителя, минус которого соединен с минусом нагрузки, причем катод первого венти ля безобрывной коммутации соединен с плюсом нагрузки.

На фиг, 1 изображена схема предлагаемой системы; на фиг. 2 - временная диаграмма напряжения на нагрузке.

Система содержит буферный выпрямитель 1, датчик 2 тока, резервный зарядный выпрямитель 3, основную аккумуляторную батарею 4, дополнительную аккумуляторную батарею 5, выпрямитель б содержания, первый вентиль 7 безобрывной коммутации, первое вольтметровое реле 8, контакторы 9 и 10, второй вентиль 11 безобрывной коммутации, второе вольтметровое реле 12, противоэлементы 13, блок 14 управления.

Плюс буферного выпрямителя 1 соединен с плюсом резервного выпрямителя 3, шиной замыкающего контакта 9, анодом второго вентиля 11,- шиной размыкающего контакта 9 и через размыкающий контакт 10 - с плюсом нагрузки . Минус буферного выпрямителя 1 соединен с минусом резервного выпрямителя 3, минусом нагрузки и через датчик 2 тока - с минусом основной батареи 4, плюс которой соединен с минусом дополнительной батареи 5, шиной размыкающего контакта 9 и ано дом первого вентиля 7, катод которого подключен к плюсу нагрузки. Плюс дополнительной батареи 5 подключен к катоду второго вентиля 11 и шине замыкающего контакта 9, Параллельно

основной батарее 4 подключено первое вольтметровое реле 8, параллельно дополнительной батарее 5 подключен выпрямитель 6 содержания, а параллельн сумме дополнительной и основной батареи включено второе вольтметровое реле 12. Параллельно размыкающему котакту 10 подключены противоэлементы 13, которые могут быть выпoлнe ы, например, в виде четырех последовательно соединенных диодов. Катушки контакторов 9 и 10, а также блок 14 управления подключены параллельно нагрузке,

Устройство работает следующим образом,

В буферном режиме буферный выпрямитель 1 через размыкающий контакт 10 питает нагрузку, а через размыкающий контакт 9 подключен к основной аккумуляторной батарее 4, которую содержит в режиме непрерывного подзаряда. в батарею течет малый ток компенсирующий ее саморазряд и исполнительное реле датчика 2 тока отпущено. Испольнительные реле блоков 8 и 12 сработаны. Резервный зарядный выпрямитель 3 выключен. Катушки контакторов 9 и 10 обесточены.

При пропадании напряжеэния питающей сети (момент t,фяг. 2) буферны выпрямитель 1 выключается, и аккумуляторная батарея 4 разряжается на нагрузку. Когда напряжение на аккумуляторной батарее 4 понижается до 22,8 В, отпускает вольтметровое реле 8, следящее за напряжением на батарее 4 и блок 14 управления дает команду сначала на включение контактра 10, а затем - контактора 9. При этом до замыкания контакта 9 питание нагрузки осуществляется через первый вентиль безобрывной коммутации 7 (момент t / фиг. 2). Учитывая падение напряжения на вентиле 7, напряжение на нагрузке иожет понизиться до 21,8 -В, что выше нижней допустимой норкы. В момент замыкания контактов 9 (момент времени Ъ,фиг. 2) к основной батарее 4 подключается до полнительная батарея 5 и напряжение на нагрузке составляет суммарное напряжение батареи за вычетом падения напряжения на противоэлементах 13, составляющего 3,5-4 В. При этом напряжение на нагрузке 23-24 В. По мере разряда основной 4 и дополнительной 5 батарей при уменьшении их суммарного напряжения отпускает исполнительное устройство вольтметрового реле 12 и блок 14 управления отключает контактор 10, который своими контактами 10 шунтирует противоэлементы 13 и напряжение на нагрузке поднимается до 25,8 В (момент времени tM фиг. 2), При появлении напряжения питающей сети включается буферный выпрямитель 1 и блок 14 управления дает команду на включение резервного зарядного вы прямителя 3, Выпрямители 1 и 3 включаются в режиме ограничения тока и начинают заряжать аккумуляторные батареи 4, 5 (момент времени 1,фиг,2) По мере заряда аккумуляторных батарей напряжение их повышается и при напряжении на основной батарее 4 23,2-24 В срабатывает исполгштельное устройство вольтметрового реле 8, а исполнительное устройство вольт метрового реле 12 - при суммарном на пряжении 26,2 В. Блок 14 управления включает контактор 10, между батареей и нагрузкой включаются противоэлементы 13 и напряжение на нагрузке уменьшается , на 3,5-4 В (момент времени t,фиг.2) По мере заряда батареи напряжение на них увеличивается и когда оно дос тигает 2,3 В на элемент (29,9 В на всей батарее 4 и 5), выпрямители автоматически выходят из режима огра.ничения -тока (что предусмотрено схемой серийных выпрямителей БУТ и ВУК) и переходят в режим стабилизации напряжения (момент времени t, фиг,2). По заряда батареи ток заряда na дает И когда его величина приблизится к величине тока содержания, отпус кает исполнительное реле датчика 2 тока и по его команде блок 14 управления выключает резервный зарядный выщэямитель 3 и контактор 9, на момент перелета контактов которого зарядный ток протекает через второй вентиль 11, и переводит буферный выпрямитель 1 в режим стабилизации напряжения при выходном напряжении 24,2 В,- Контактор 10 отпускает после отпускания контактора 9. При этом на время отпускания контакторов 9 и 10 ток в нагрузку поступает через первый вентиль 7 (момент времени tg фиг. 2), После замыкания контактов 10 схема возвращается в исходное состояние (момент времени t ,фиг,2). При этом дополнительные потери на противозлементах 13 при разряде незначительн:л, поскольку при полной нагрузке мало время их работы, а при заряде - ненамного превышают потери в зарядном выпрямителе, которому, как и всем низкрвольным и сильноточным выпрямителям, присущ низкий КПД. К тому же время их работы носит эпизодический характер только при пропаданиях сети. Таким образом, предлагаемая система для резервного питания нагрузки постоянным током обеспечивает заданное напряжение на нагрузке во всех режимах работы, в том числе и переходных процессах и исключает ненадежные элементы (тиристор и источник опорного напряжения), приводящие к нарушению работы всей ЭПУ, что значительно повышает надежность работы нагрузки и всей системы электропитания в целом.

СИСТЕМА ДЛЯ РЕЗЕРВНОГО ПИТАНИЯ НАГРУЗКИ ПОСТОЯННЫМ ТОКОМ, сое- . тоящая из основной и дополнительной аккумуляторных батарей, соединенных последовательно, первого вольтметрового реле, подключенного параллельно основной аккумуляторной батарее, буферного выпрямителя, минус которого соединен с минусом резервного зарядкого выпрямителя, а через датчик тока - с минусом основной аккумуляторной батареи и двух контакторов, натушки которых подключены параллельно нагрузке, причем плюс резервного зарядного выпрямителя соединен через замыкающий контакт первого крнтакто ра с плюсом дополнительной аккумуляторной батареи, через размыкающий контакт первого контактора - с точкой соединения основной и дополнительной . аккумуляторных батарей и с анодом первого вентиля безобрывной коммутации, а через раз 1ыкающи-й контакт второго контактора с плюсом шгрузки, отли-чающая ся тем, что, с целью повышения надежности работы нагрузки и всей систеьм питания путем обеспечения заданного напряжения на нагрузке во всех режимах работы систеьм питания, введены второе вольтметровое реле, подключенное параллельно основной и дополнительной аккумуляторным батареям, противоэлементы, g подключенные параллельно размыкающе-5 му контакту второго контактора и второй ве-нтиль безобрывной коммутации, катод которого подключен к плюсу дополнительной аккумуляторной батареи, а анод - к плюсу резервного зарядного выпря1 мтеля и плюсу буферного выпрямителя, минус которого соединен О с минусом нагрузки,причем катод перBQro вентиля безобрывной коммутащии :О 4 соединен с плюсом нагрузки.