Система резервированного электропитания постоянным током Советский патент 1992 года по МПК H02J7/34 

со

с

Использование: безобрывное энергоснабжение радиоаппаратуры, где на время пропадания напряжения первичной сети резервными источниками являются аккумуляторные батареи. Сущность изобретения: через дистанционные входы упрасления системы и сетевого регулируемого преобразователя, а также дополнительные входы управления ключами, связанными соответственно с двух- и трехдиодной нелинейными цепями, и элементы задержки с использованием RC-цепей, автоматически реализован алгоритм коммутации источников питания. В системе исключен нежела- тельный подзаряд аккумуляторной батареи при исправном состоянии питающей сети. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано в системах безобрывного электропитания радиоаппаратуры, в которых аккумуляторные батареи используются в качестве аварийных источников на время пропадания напряжения в сети, и является усовершенствованием системы по авт.св. N 1624601.

Известна система резервированного электропитания постоянным током, содержащая сетевой регулируемый преобразователь напряжения, первая выходная клемма которого через параллельно соединенные Тиристорный ключ и первый контакт реле соединена с первой выходной клеммой зарядного устройства и первой клеммой аккумуляторной батареи, вторая клемма которой соединена с второй выходной клеммой сетевого регулируемого преобразователя напряжения, второй контакт и обмотку

реле, между второй клеммой аккумуляторной батареи и первым выводом обмотки реле включены последовательно соединенные первый ключ и первая нелинейная цепь, состоящая из трех последовательно соединен- ных диодов, между второй клеммой аккумуляторной батареи и первым выводом второго замыкающего контакта реле включены последовательно соединенные второй ключ и вторая нелинейная цепь, состоящая из двух последовательно соединенных диодов, а также элемент ИЛИ, преобразователь напряжения в ток и третий ключ, при этом выход индикации исправности сетевого ре- .гулируемого преобразователя напряжения соединен с входом управления второго ключа, а также через элемент ИЛИ - с входом управления первого ключа, общий вывод первого ключа и первой нелинейной цепи соединен с входом управления тиристорноVI

ш&

со

ы ы ел

го ключа, вход преобразователя напряжения в ток подключен параллельно второй нелинейной цепи, а выход его соединен с входом управления третьего ключа, включенного между первой клеммой аккумуля- торной батареи и вторым входом элемента ИЛИ, первый и второй выводы обмотки реле соединены соответственно с вторым выводом второго замыкающего контакта реле и первой клеммой аккмуляторной батареи, вто- рая выходная клемма зарядного устройства соединена с второй клеммой аккумуляторной батареи. Данная система резервированного электропитания постоянным током содержит также третью нелинейную цепь, образован- ную из параллельного соединения токоогра- ничивающего резистора и диода, и накопительный конденсатор, а зарядное устройство выполнено с входом дистанционного включения, причем третья нелинейная цепь и накопительный конденсатор соединены последовательно и включены между общим выводом второго ключа и второй нелинейной цепи и вторым выводом обмотки реле, а общий вывод третьего ключа и вто- рого входа элемента ИЛИ соединен с входом дистанционного включения зарядного устройства.

Кроме того, данная система резервированного электропитания постоянным током содержит резистивный делитель, источник опорного напряжения, четвертый ключ и операционный усилитель, а сетевой регулируемый преобразователь напряжения выполнен с. выведенными наружу измери тельными выводами, при этом первый вй вод резистивного делителя соединен с второй выходной клеммой сетевого регулируемого преобразователя напряжения и через последовательно соединенные источник опорного напряжения и четвертый ключ с вторым выводом резистивного делителя, средний вывод которого соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя, выход которого соединен с ин- вертирующим входом и вторым измеритель- ным выводом сетевого регулируемого преобразователя напряжения, первый измерительный вывод которого соединен с его первой выходной клеммой, а управляю- щиЙ вход четвертого ключа соединен с общим выводом третьего ключа и второго входа элемента ИЛИ.

Недостатком известной является недостаточная эксплуатационная надежность.

Для выключения выходного напряже- ния известной системы необходимо произвести отключение аккумуляторной батареи одновременно с отключением сети или несколько рёньше. Для включения вновь вы.,

ходного напряжения системы необходимо сначала подать сеть, а потом уже подсоединить аккумуляторную батарею. В противном случае при несоблюдении заданной последовательности действий (из-за ошибок оператора) в системе имеет место ложное подключение аккумуляторной батареи к выходным клеммам, что снижает емкость аккумуляторной батареи, а следовательно, уменьшает время гарантированной безобрывности электропитания при аварийном пропадании напряжения сети.

Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности системы резервированного электропитания постоянным током.

На чертеже приведена структурная схема системы резервированного электропитания постоянным током.

Система содержит сетевой регулируемый преобразователь 1 напряжения, первая выходная клемма которого через параллельно соединенные тиристорный ключ 2 и пер вый замыкающий контакт реле 3 соединены с первой выходной клеммой зарядного устройства 4 и первой клеммой аккумуляторной батареи 5, вторая клемма которой соединена с второй выходной клеммой зарядного устройства 4 и с второй выходной клеммой сетевого регулируемого преобразователя 1 напряжения, второй замыкающий контакт б и обмотку 7 реле. Между второй клеммой аккумуляторной батареи 5 и первым выводом обмотки 7 реле включены последовательно соединенные первый ключ 8 и первая нелинейная цепь 9, образованная тремя последовательно соединенными диодами. Между второй клеммой аккумуляторной батареи 5 и первым выводом второго замыкающего контакта 6 реле включены последовательно соединенные второй ключ 10 и вторая нелинейная цепь 11, образованная двумя последовательно соединенными диодами. Выход индикации исправности сетевого регулируемого преобразователя 1 напряжения соединен с входом управления второго ключа 10, а также через элемент ИЛИ 12 с входом управления первого ключа 8. Общий вывод первого ключа 8 и первой нелинейной цепи 9 соединен с входом управления тиристорного ключа 2. Вход преобразователя 13 напряжения в ток подключен к второй нелинейной цепи 11, а выход его соединен с входом управления третьего ключа 14, включенного между первой клеммой аккумуляторной батареи 5 и вторым входом элемента ИЛИ 12. Первый и

второй выводы обмотки 7 реле соединены соответственно с вторым выводом второго замыкающего контакта 6 реле и первой клеммой аккумуляторной батареи 5.

Третья нелинейная цепь 1 5, образованная из параллельного соединения токоог- раничивающего резистора и диода, и накопительный конденсатор 16 соединены последовательно и включены между общим выводом второго ключа 10 и второй нелинейной цепи 11 и вторым выводом обмотки 7 реле, а общий вывод третьего ключа 14 и второго входа элемента ИЛИ 12 соединен с входом дистанционного включения зарядного устройства 4.

Первый вывод резистивного делителя 17 соединен с второй выходной клеммой сетевого регулируемого преобразователя 1 Напряжения и через последовательно соединённые источник 18 опорного напряжения и четвертый ключ 19с вторым выводом резистивного делителя 17, средний вывод которого соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя 20, выход которого соединен с инвертирующим входом и вторым измерительным выводом сетевого регулируемого преобразователя 1 напряжения, первый измерительный в-ывод которого соединен с его первой выходной клеммой, а управляющий вход четвертого ключа 19 соединен с общим выводом третьего ключа 14 и второго входа элемента ИЛИ 12. Последовательно соединенные пятый ключ 21 и фиксирующий резистор 22 включены между второй и первой клеммами аккумуляторной батареи 5, Последовательно соединенные первый пороговый элемент, например стабилитрон 23, и первый токоза- дающий резистор 24 включены между дополнительным входом управления первого ключа 8 и первой клеммой аккумуляторной батареи 5. Последовательно соединенные второй пороговый элемент, например стабилитрон 25, и второй токозадающий резистор 26 включены между дополнительным входом управления второго ключа 10 и первой клеммой аккумуляторной батареи 5i Последовательно соединенные второй накопительный конденсатор 27 и токоогра- ничивающий резистор 28 включены между второй клеммой аккумуляторной батареи 5 и Общим выводом пятого ключа 21 и фиксирующего резистора 22. Первый диод 29 включен между общим выводом пятого ключа 21 и фиксирующего резистора 22-и общим выводом первого порогового элемента 23 и первого токозадающего резистора 24. Второй диод 30 включен между общим выводом второго порогового элемента 25 и второго токозадающего резистора 26. Третий диод 31 включен между общим выводом второго накопительного конденсатора 27 и токоограничивающего резистора 28 и общим выводом первого 5 порогового элемента 23 и первого токозадающего резистора 24. При этом управляющий вход пятого ключа 21 и дистанционный вход сетевого регулируемого преобразователя 1 напряжения соединены с дистанци0 онным входом управления системы.

Система резервированного электропитания постоянным током работает следующим образом.

При отсутствии сигнала (низкого уров5 ня) на дистанционном входе управления система резервированного электропитания находится во включенном состоянии. При этом сетевой регулируемый преобразователь 1 напряжения находится в.рабочем со0 стоянии. Пятый ключ 21 заперт, второй накопительный конденсатор 27 заряжен через фиксирующий резистор 22 на напряжения аккумуляторной батареи 5, диоды 29-31 заперты. В нормальном режиме рабо5 ты (при наличии напряжения сети переменного тока) напряжение на выходе системы равно номинальному выходному напряжению сетевого регулируемого преобразователя 1 напряжения. Сетевой регулируемый

0 преобразоавтель 1 напряжения вырабатывает сигнал индикации исправности (низкий уровень),который поступает на управляющий вход второго ключа 10 и через элемент ИЛИ 12 на управляющий вход первого клю5 ча 8. При этом входные транзисторы Т1 и ТЗ удерживаются насыщенными, а выходные транзисторы Т2 и Т4 второго и первого ключей 10 и 8 - запертыми. Тиристорный ключ 2 заперт, обмотка 7 реле обесточена, и пер0 вый и второй замыкающие контакты 3 и 6 разомкнут. Падение напряжения на второй нелинейной цепи 11 отсутствует, ток на выходе преобразователя 13 напряжения в ток равен нулю, и третий ключ 14 заперт.

5 При этом четвертый ключ 19 заперт. Падение напряжения на резисторе Р2 резистивного делителя 17 отсутствует. Напряжение на входе и выходе операционного усилителя 20 равно напряжению на

0 второй выходной клемме сетевого регулируемого преобразователя 1.

Ток второго измерительного вывода сетевого регулируемого преобразователя 1 замыкается через выход операционного

5 усилителя 20. Аккумуляторная батарея 5 отключена от выхода. Зарядное устройство 4 обеспечивает зарядку аккумуляторной батареи 5 и режим содержания.

При пропадании напряжения сети переменного тока исчезает сигнал индикации

исправности сетевого регулируемого преобразователя 1 напряжения. При этом входные транзисторы ТЗ и Т1 запираются, а выходные транзисторы Т4 и Т2 первого и второго ключей 8 и 10 отпираются токами, задаваемыми по дополнительным входам ключей соответственно первым токозадаю- щим резистором 24 через первый пороговый элемент (стабилитрон 23} и вторым токозадающим резистором 26 через второй пороговый элемент (стабилитрон 25). Через отпертый первый ключ 8 напряжение аккумуляторной батареи 5 поступает на вход управления тиристорного ключа 2 и отпирает его. Тиристорный ключ 2 осуществляет быстродействующие без перерыва выходного напряжения подключение аккумуляторной батареи 5 к выходным клеммам системы. Одновременно напряжение аккумуляторной батареи 5 поступает через отпертый ключ 8 на последовательно соединенные первую нелинейную цепь 9 и обмотку 7 реле и через отпертый второй ключ 10 на последовательно соединенные третью нелинейную цепь 15 и накопительный конденсатор 16. Накопительный конденсатор 16 заряжается практически до напряжения аккумуляторной батареи 5 через токоограничивагащий резистор третьей нелинейной цепи 15. Под действием тока, протекающего через обмотку 7, контакты 3 и 6 реле замыкаются. При этом тиристорный ключ шунтируется замкнутым контактом 3 реле, в результате исключается падение напряжения между аккумуляторной батареей 5 и выходными клеммами системы и обеспечивается запирание тиристорного ключа 2. При замыкании контакта 6 реле начинает протекать ток через последовательно соединенные замкнутый второй ключ 10, вторую нелинейную цепь 11 и обмотку 7 реле, а первая нелинейная цепь 9 оказывается обесточенной, поскольку падение напряжения на второй нелинейной цепи 11 меньше, чем падение напряжения на первой нелинейной цепи 9. Блок 13 преобразует падение напряжение на второй нелинейной цепи 11 в ток, которым отпирается третий ключ 14. При этом на управляющий вход первого ключа 8 через элемент ИЛИ 12, а на вход дистанционного включения зарядного устройства 4 и на управляющий вход четвертого ключа 19 непосредственно с выхода третьего ключа 14 подается напряжение, запирающее первы.й ключ 8, удерживающее в выключенном состоянии зарядное устройство 4 и отпирающее четвертый ключ 19.

Лри,.&рсЈгановлении напряжения сети появляется сигнал индикации исправности

(низкий уровень) сетевого регулируемого преобразователя 1 напряжения, под воздействием которого второй ключ 10 запирается, а первый ключ 8 продолжает

удерживаться запертым через элемент ИЛИ 12. Однако при этом еще некоторое время продолжает протекать ток через последовательно соединенные вторую нелинейную цепь 11, замкнутый контакт 6 и

0 обмотку 7 реле из заряженного накопительного конденсатора 16 через диод третьей нелинейной цепи 15. В результате аккумуляторная батарея 5 остается подключенной к выходным контактам системы после

5 восстановления напряжения сети еще некоторое время, в течение которого заканчиваются переходные процессы,связанные с установлением выходного напряжения сетевого регулируемого преоб0 разователя 1.

Напряжение отпертого третьего ключа 14 удерживает четвертый ключ 19 замкнутым. При этом через резистивный делитель 17 протекает ток, задаваемый источником

5 18 опорного напряжения.

Напряжение на резисторе Р2 резистив- ного делителя 17 прикладывается между второй выходной клеммой сетевого преобразователя 1 напряжения и неинвертирую0 щим входом операционного усилителя 20.

Этим напряжением определяется величина превышения выходного напряжения сетевого преобразователя 1 над номинальным значением. Падение напряжения на

5 резисторе Р2 выбрано таким, что при восстановлении напряжения сети выходное напряжение сетевого преобразователя 1 превышает напряжение аккумуляторной батареи 5.

0 «В результате в момент отключения аккумуляторной батареи 5 на выходе сетевого преобразователя 1 напряжения имеется необходимая величина тока для обеспечения безобрывного электропитания нагрузки.

5 Отключение, аккумуляторной батареи 5 от выходных клемм происходит при размыкании контактов 3 и 6 вследствие разряда на- копительного конденсатора 16. При прекращении тока через вторую нелиней0 ную цепь 11 ток на выходе преобразователя 13 напряжения в то к также становится равным нулю, и третий ключ 14 запирается. При этом первый ключ 8 остается запертым за счет наличия сигнала индикации исправно5 сти сетевого регулируемого преобразователя 1, четвертый ключ 19 запирается, а зарядное устройство 4 включается. Протекание тока через резистивный делитель 17 прекращается, падение напряжения на ре- -здсторе Р2 становится равным нулю, выходнов напряжение сетевого регулируемого преобразователя 1 устанавливается вновь равным номинальному значению. Аккумуляторная батарея 5 остается соединенной только с зарядным устройством 4, которое обеспечивает дозарядку аккумуляторной батареи 5 и компенсацию ее тока утечки.

Рассмотрим процесс выключения системы резервированного электропитания при подаче сигнала (низкого уровня) на ди- станционный вход управления.

Система работает от сети переменного тока.

В этом случае сетевой регулируемый преобразователь 1 напряжения выключает- ся по дистанционному входу управления. При этом пропадает сигнал индикации исправности сетевого регулируемого преобразователя напряжения, и входные транзисторы ТЗ и Т1 первого 8 и второго 10 ключей запираются. Однако аккумуляторная батарея 5 не подключена к выходным клеммам системы, поскольку при подаче сигнала (низкого уровня) на дистанционный входуправления пятый ключ 21 открывается и, соответственно, воздействует через последовательно соединённые диод 2.9 и поро- товый элемент 25на дополнительные входы ключей 8 и 10, удерживает запертыми выходные транзисторы Т4 и Т2 этих ключей. Второй накопительный конденсатор .27 разряжен через токоограничивающий резистор 28 и открытый пятый ключ 21. При этом через открытый пятый ключ 21 протекают токи токозадающих резисторов 24 и 26 и фиксирующего резистора 22.

Система работает от аккумуляторной батареи 5.

В этом случае аккумуляторная батарея

5отключена от выходных клемм. При подаче сигнала на дистанционный входуправления пятый ключ 21 отпирается. При этом второй ключ 10 запирается, в результате чего обесточена обмотка 7 и разомкнутые контакты

6и 3 реле. .

Рассмотрим процесс включения системы резервированного электропитания при снятии (низкого уровня) с дистанционного входа управления.

На входе системы присутствует напря- жение сети переменного тока.

.В этом случае сигнал индикации исправности преобразователя 1, удерживающий ключ 8 запертым, и выходное напряжение преобразователя 1 появляется через некоторое время, определяемое режимом плавного запуска преобразователя 1, после снятия сигнала с дистанционного входа, а пятый ключ 21 запирается без задержки одновременно со снятием с дистанционного входа управления.

Однако аккумуляторная батарея 5 лишний раз не подключается к выходным клеммам системы на время задержки сигнала индикации исправности преобразователя относительно момента снятия дистанционного сигнала, поскольку разряженный второй накопительный конденсатор 27 через диод 31 и пороговый элемент 23 продолжает удерживать ключ 8 запертым. Постоянная времени заряда накопительного конденсатора 27, определяемая сопротивлениями резисторов 22, 24 и 26, выбирается такой величины, чтобы до появления , сигнала исправности преобразователя 1 накопительный конденсатор 27 не успевал зарядиться до напряжения отпирания порогового элемента 23, При достижении напряжения на конденсаторе 27 величины отпирания пороговых элементов 23 и 25 последние открываются, и через насыщенные транзисторы ТЗ и Т1 начинают протекать токи, задаваемые соответственно резисторами 24 и 26. Накопительный конденсатор 27 продолжает заряжаться до напряжения аккумуляторной батареи 5через фйксирующий резистор 22. В результате диоды 20, 30 и 31 запираются, и накопительный конденсатор 27 не вносит инерцию в работу системы при пропадании напряжения сети.

На входе системы отсутствует напряжение сети переменного тока.

В этом случае к выходным клеммам системы подключена аккумулятЬрная батарея 5. При снятии сигнала с дистанционного входа управления пятый ключ 21 запирается. Накопительный конденсатор 27 начинает заряжаться током, задаваемым резисторами 22, 24 и 27. При достижении напряжения на конденсаторе 27 величины отпирания пороговых элементов 23 и 25 последние отпираются, и на дополнительные входы управления ключей 8 и 10 начинают поступать токи, задаваемые соответственно резисторами 24 и 26. Ключи 8 и 10 открываются, на обмотку 7 реле поступает напряжение, и контакты 3 и 6 замыкаются.

Таким образом, в предлагаемой системе резервированного электропитания постоянным током имеется возможность оперативного дистанционного выключения и включения выходного напряжения одним слаботочным сигналом управления независимо от режима (нормального или аварийного) работы системы.

Технико-экономическая эффективность предлагаемой системы заключается в повышении ее эксплуатационной надежности, поскольку теперь для,включения и выключения выходного напряжения оператору не требуется соблюдать очередность своих действий, а достаточно воздействовать на вход дистанционного управления системы.

Формула изобретения Система резервированного электропитания постоянным током по авт.св. №1624601, отл ича ющая ся тем, что, с целью повышения эксплуатационной на- дежности, введены дистанционные входы управления системы и сетевого регулируемого преобразователя напряжения и дополнительные входы управления первого и второго ключей, а также введены последо- вательно соединенные пятый ключ и фиксирующий резистор между второй и первой клеммами аккумуляторной батареи, последовательно соединенные первый пороговый элемент, например стабилитрон, и нервы и то козадаю щий резистор между до- полнйтельным входом управления первого ключа и первой клеммой аккумуляторной батареи, последовательно соединенные второй пороговый элемент, например ста-

билитрон, и второй токозадающий резистор между дополнительным входом управления второго ключа и первой клеммой аккумуляторной батареи, последовательно соединенные второй накопительный конденсатор, и токоограничивающий резистор между второй клеммой аккумуляторной батареи и общим выводом пятого ключа и фиксирующего резистора, первый диод между общим выводом пятого ключа и фиксирующего резистора и общим выводом первого порогового элемента и первого токозадаю- щего резистора, второй анод между общим выводом пятого ключа и фиксирующего резистора и общим выводом второго порогового элемента и второго токозадающег® резистора, третий диод между общим вывдг- дом второго накопительного конденсатора и токоограничивающего резистора и общим выводом первого порогового элемента и первого токозадающего резистора, при этом управляющий вход сетевого регулиру-- емого преобразователя напряжения соединен с дистанционным входом управление системы.