Устройство для стабилизированного питания приемников энергии Советский патент 1990 года по МПК H02J9/06 

315

ной батареи 3, двух одинаковых каналов 4 и 4 преобразования постоянного напряжения в постоянное и клемм 5 для подключения приемников энергии. В состав каждого канала А (4) преобразования постоянного напряжения в постоянное нходят управляемый ключ 6, пре- образовател.1 7 постоянного -напряжения в постоянное, разделительный диодный элемент 8, датчик 9 тока и блок 10 защиты

Преобразователь 7 постоянного напряжения в постоянное состоит из ключевого регулирующего элемента 11, блока I2 регулирования выходного напряжения преобразователя и датчика 13 состояния регулирующего элемента 1 1 .

Управляющий вход регулирующего элемента 11 соединен с выходом блока 12 регулирования и перым входом датчика 13 состояния, второй и третий входы которого подключены к силовым входу и выходу регулирующего элемента 1 1 . Выходы датчика 13 состояния и блока 10 защиты объединены и связаны с управляющим входом управляемого ключа бис входами Включение капала блока 10 зашиты и блока 12 регулирования другого канала 4 преобразования постоянного напряжения в постоянное. Первый вход контроля блока 10 защиты подключен к выходу преобразователя 7 постоянного напряжения в постоянное. Второй вход контроля блока 10 защиты и вход обратной связи блока 12 регулирования подключены к выходу разделительного элемента 8. Третий вход контроля блбка 10 защиты связан с измерительным выходом датчика 9 тока.

Блок 10 защиты включает в себя RS- триггер 14 с ориентирующей RC-цепоч- кой 15, датчики 16 и 17 контроля максимального и минимального напряжений соответственно, первое и второе промежуточное реле 18 и 19, логический элемент ИЛИ 20, элемент 21 задержки и формирователь-усилитель 22 выходного сигнала. На инверсный R-вход RS- триггера 14 подан сигнал Включение

канала, сформирований другим каналом 4 преобразования постоянного напряжения в постоянное. Прямой выход RS-триггера 14 подключен к первому промежуточному реле 18 и через первый вход логического элемента ИЛИ 28 связан с вторым промежуточным реле 19. Второй вход логического элемента ИЛИ 20 подключен к измерительному выходу датчика 12 тока. Первый вход

0

5

0

5

0

5

0

0

5

контроля блока 10 защиты через датчик

16контроля максимального напряжения и второй вход контроля через датчик

17контроля минимального напряжения

и размыкающие контакты второго промежуточного реле 19 объединены и связаны через элемент 21 задержки с формирователем-усилителем 22 выходного сигнала блока 10. Параллельно элементу 21 задержки включены замыкающие контакты первого промежуточного реле 18.

Блок 12 регулирования выходного напряжения преобразователя (Ъиг. 2) может быть выполнен из RS-триггера 23 с ориентирующей RC-цепочкой 24, элемента 25 сравнения, интегратора 26, порогового элемента 27, генератора 28 тактовых импульсов и двух логических элементов И 29 и 30. Выход обратной связи блока 12 регулирования через элемент 25 сравнения, интегратор 26 и пороговый элемент 27 связан с первым входом первого логического элемента И 30. Первый вход второго логического элемента И 29 подключен к выходу генератора 28 тактовых импульсов. Вторые входы логических элементов 29 и 30 подключены к инверсному выходу RS-триггера 23,

инверсный R-вход которого образует вход Включение канала. Выходы логических элементов 29 и 30 образуют выходы управления регулирующим элементом 1 1. Причем элемент 29 управляет отключением элемента 11,элемент 30 - включением

Датчик 13 состояния регулирующего элемента (фиг. 3) содержит оптодиод- ную пару 31, фотодиод которой работает в режиме фотосопротивления, а све- тодиод совместно с последовательно соединенным резистором включен параллельно регулирующему элементу 1 1. Выход оптопа- ры 31 через пороговый элемент 32 связан с 5 R-входом счетчика 33, на тактовый вход которого поступает сигнал управления отключением регулирующего элемента 1 1 .

В качестве управляемого ключа 6 может быть использован автоматический выключатель, имеющий независимый рас- цепитель с гарантируемым времен ем отключения. Вкачестве датчика тока может быть использовано токовое герконовое реле

Ключевой регулирующий элемент 1 1 (фиг. 4) может быть выполнен из основного силового тиристора 34, параллельно которому включены последовательно соединенные коммутирующие тиристор 35, конденсатор 36 и дроссель

37. Встречно параллельно тиристорам J4 и 35 включены диоды 38 и 39. Между выходной шиной регулирующего элемента 1 1 и обшей шиной источника I и на- грузки включен шунтирующий диод 40.

Для питания приемников, потребляющих электроэнергию улучшенного качества, устройство содержит фильтр 41 с выходными клеммами 42.

Устройство работает следующим образом.

В нормальном режиме работы устройства управляемые ключи 6 каналов 4 и 41 преобразования постоянного напря- жения находятся в замкнутом состоянии На все узлы преобразователя 7 постоянного напряжения и блока защиты 10 по- данг. напряжение. При подаче напряжения питания RS-триггеры 14 и 23 бло- ков 10 и 12 ориентируются RC-цепочка- ми 15 и 24, на вход которых подается напряжение Un (фиг. 1 и 2) питания элементов устройства. Состояние данны RS-триггеров 14 и 23 соответствует работе каналов в резерве.

Включение устройства происходит подачей сигнала, аналогичного сигналу Включение канала в один из каналов преобразования, при этом другой ка- нал остается в резерве. Преобразователь 7 постоянного напряжения включенного канала 4 преобразовывает входное постоянное напряжение в импульсное напряжение, которое поступи- ет на выходные клеммы приемников энергии, не чувствительных к форме входного напряжения, например обмотки электромагнитов, двигатели постоянного тока и т.п. Непрерывность тока в индуктивных приемниках энергии обеспечивается пгунтируюшим диодом 40 (фиг. 4).

На фиг. 5 показаны диаграммы работы устройства при неисправности в ре- зервном канале преобразования. Использованы следующие обозначения: UH - напряжение на выходе преобразователя работающего канала преобразования; UH - напряжение на выходе преобразователя резервного каняла преобразования; UH - напряжение на клеммах 5; UH - напряжение на выходе интегратора 26 блока 12 регулирования; Ua - напряжение срабатывания порогового элемента 27 блока регулирования 12; U вк сигнал на включение регулирующего элемента 1 I ; U 0-гк- сигнал на отключение регулирующего элемента I 1 с периодом Т; Uvs - напряжение на силовом тиристоре регулирующего элемента работающего канала; Uea)(t(p mvu. си.г налы датчика максимального напряжения резервного канала; U6J- напряжение на выходе блока зашиты резервного канала; Uy K - напряжение на выходе, управляемого ключа резервного канала.

В основу работы блока I2 регулирования положен принцип компенсационно-параметрической стабилизации. Так как в качестве коммутационного ключа используется ключевой регулирующий элемент 11 преобразователя 7 постоянного напряжения, сигнал обратной связи берется после регулирующего элемента 11. Сигнал обратной связи и эталонное напряжение U, (фиг. 2) поступают на входы элемента 25 сравнения, выходной сигнал элемента 25 интегрируется интегратором 26 и поступает на вход порогового элемента 27, который формирует сигнал на открытие регулирующего элемента 1I. Отключение регулирующего элемента происходит с частотой генератора 28 тактовых импульсов. Режим работы блока 12 регулирования определяется состоянием триггера 23. При подаче питания RS- триггер 23 устанавливается RC-цепоч- кой 24 в состояние, соответствующее работе в резерве. Сигнал на инверсном выходе RS-триггера 23 блокирует через логические элементы И 29 и 30 формирование выходного сигнала блока регулирования для управления регулирующим элементом. Переориентация RS- триггера 23 осуществляется сигналом Включение канала, формируемым при неисправности в другом канале преобразования, с помощью блока защиты или датчика состояния этого канала.

Датчик 13 состояния является датчиком быстродействующей зашиты. При закрытии тиристора 34 напряжение на нем через оптодиодную пару 31 и компаратор 32 устанавливает счетчик 33 в нулевое состояние. Работа счетчика происходит по периодическому сигналу управления регулирующим элементом 1I. При пробое или ложном открытии тиристора 34 регулирующего элемента 11 обнуление счетчика 33 не происходит и через некоторое время на выходе второго разряда счетчика 33 появляется сигнал, из которого формируется сигнал Включение канала другого канала преобразования. Данный сигнал, воздействуя на управляемый ключ 6, отключает его и одновременно включает другой канал 4 преобразования.

Блок 10 защиты предназначен для независимого контроля за выходным напряжением преобразователя 7 постоянного напряжения во всех режимах работы устройства, отключения неисправ- ного канала преобразования и ввода в работу другого канала преобразования. RS-триггер 14 устанавливается в рабочее состояние сигналом Включение канала.Отклонение выходного напряже- ния за пределы допустимого диапазона, определяемого датчиками 16 и 17 контроля максимального и минимального напряжений соответственно, при длительности этого процесса, превышающей время срабатывания быстродействующей защиты.,с помощью датчика 13, заданного элементом 21 задержки, вызывает формирование блоком 10 зашиты сигнала неисправности. Действие этого сиг- нала аналогично действию сигнала датчика 13 состояния.

При контроле канала преобразования находящегося в резерве, первое промежуточное реле 18, управляемое пря- мым выходом RS-триггера 14, блокирует замкнутыми контактами элемент 21 задержки и формирование сигнала неисправности происходит сразу после появления напряжения на выходе регули- руюпшго элемента 11. Второе промежу- точное реле 19, управляемое также прямым выходом RS-триггера 14 через логический элемент ИЛИ 20, в данном режиме работы канала преобразований отключает размыкающими контактами защиту по минимальному напряжению.

Отключение защиты по минимальному напряжению осуществляется также при больших толчковых токовых нагрузках, вызывающих кратковременное уменьшение напряжения на аккумуляторной батарее 3 и, как следствие, уменьшение выходного напряжения. Отключение зашиты осуществляется по сигналу с дат- чика 9 тока, поступающему па второй вход логического элемента ИЛИ 20.

При неисправности в канале преобразования, находящемся в резерве, приводящей к появлению напряжения источника 1 питания на клеммах 5, интегратор 26 блока 12 регулирования уходит в состояние положительного насыщения и пороговый элемент 27 не формирует сигнал на включение регулирующего элемента 1I. Однако генератор 28 тактовых импульсов с периодом Т (фиг. 5) формирует сигналы на отключение регулирующего элемента 11. Первым сиг-налом на отключение после появления неисправности выключается силовой тиристор 34 регулирующего элемента 1 и к нему прикладывается прямое напряжение, обусловленное напряжением на коммутирующем конденсаторе 36, Это напряжение поступает на вход оптоди- одной пары 31 датчика 13 состояния, блокируя его работу. При появлении напряжения на выходе резервного преобразователя срабатывает датчик 16 контроля максимального напряжения блока 10 защиты резервного канала . преобразования, а при отключении регулирующего элемента 11 работающего канала преобразования происходит обнуление выходного сигнала датчика 16 контроля максимального напряжения блока 10 зашиты работающего канала преобразования. Из-за отсутствия задержки в цепи формирования выходного сигнала блока 10 защиты резервного канала преобразования сигнал неисправности в нем формируется сразу. Происходит отключение управляемым ключом 6 неисправного канала преобразования, напряжение на клеммах 5 уменьшается до допустимых пределов и устройство продолжает работать.

Устройство для питания нагрузок, чувствительных к форме входного напряжения, содержит фильтр 41, общий для обоих каналов преобразования 4 и 4 , выход которого соединен с выходными клеммами 42 и образует второй выход устройства (фиг. 1).

Формула изобретения

0 1. Устройство для стабилизированного питания приемников энергии, содержащее источник питания и клеммы для подключения приемников энергии, между которыми параллельно включены два канапа преобразования постоянного напряжения в постоянное, каждый из которых выполнен в виде управляемого ключа, преобразователя постоянного напряжения в постоянное и разделительного диодного элемента, а также блока защиты, включающего в себя датчики контроля максимального и минимального напряжений, вход датчика

контроля мтксимального напряжения подключен к выходу преобразователя постоянного напряжения в постоянное, а выход блока защиты соединен с управляющим входом управляемого ключа, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности питания, оно снабжено датчиком тока, включенным между разделительным диодным эле- ментом и выходными клеммами, а блок защиты дополнительно содержит RS- триггер, два промежуточных реле, логический элемент ИЛИ, элемент задержки и формирователь-усилитель вьгходно- го сигнала, инверсный R-вход RS-триг- гера образует вход Включение канала, а инверсный S-вход соединен с ориентирующей RC-цепочкой, прямой выход RS-триггера соединен с обмоткон пер- вого промежуточного реле и первым входом логического элемента ИЛИ, входы датчиков контроля максимального и минимального напряжений образуют первый и второй входы контроля блока за- щиты соответственно, а второй вход элемента ИЛИ образует третий вход контроля блока защиты, к которому подключен измерительный выход датчика тока, второй вход контроля блок зашиты че- рез датчик контроля минимального напряжения, размыкающие контакты второго промежуточного реле, обмотка которого соединена с выходом элемент а ИЛИ, и первый вход блока защиты через датчик максимального напряжения объединены и связаны с последовательно соединенными элементом задержки и формирователем-усилителем, причем параллельно элементу задержки включены за- мыкающие контакты первого промежуточного реле, кроме того, преобразовател постоянного напряжения D постоянное состоит из ключевого регулирующего

-элемента, блока регулирования выходного напряжения преобразователя с помощью широтно-импульсной модуляции, имеющего вход обратной связи, вход Включение канала и выход управления ключевым регулирующим элементом,и датчика состояния регулирующего элемента с одним выходом и тремя входами, датчик состояния содержит оптоди- одную пару, светодиод, который последовательно соединенный резистором включен между вторым и третьим входами датчика состояния, выход оптодиодной пары через пороговый элемент связан с R-входом установки в нулевое состояние двоичного счетчика, тактовый вход которого образует первый вход датчика состояния, выход второго разряда счетчика образует выход датчика состояния, первый вход последнего соединен с выходом управления ключевым регулирующим элементом блока регулирования, а второй и третий подключены соответственно к силовым входу и выходу ключевого регулирующего элемента, выходы датчика состояния и блока защиты объединены и подключены к входам Включение канала блока зашиты и блока регулирования другого канала преобразования постоянного напряжения в постоянное, вход обратной связи блока регулирования и второй вход контроля блока защиты подключены к выходу разделительного диодного элемента.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей, параллельно клеммам для подключения приемников энергии подключен фильтр, образующий второй выход устройства для питания приемников, требующих электроэнергию улучшенного качества.

w

о o см in r m

I

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроснабжению постоянным током потребителей собственных нужд электрических станций, и может быть использовано для питания приемников, потребляющих электроэнергию, различную по своим характеристикам. Цель изобретения - повышение надежности питания. Устройство содержит источник питания и клеммы для подключения нагрузки. Между ними включены два канала преобразования, каждый из которых выполнен в виде управляемого ключа, преобразователя постоянного напряжения в постоянное и разделительного диодного элемента. Новым в устройстве является снабжение его датчиком тока, а блок защиты дополнительно содержит RS-триггер, два промежуточных реле, элемент ИЛИ, элемент задержки, формирователь, усилитель, кроме того, преобразователь включает в себя блок регулирования выходного напряжения и датчик состояния ключевого регулирующего элемента преобразователя. При неисправности в одном из каналов преобразования питание нагрузки осуществляется от другого параллельного канала. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.