Устройство гарантированного электропитания Советский патент 1992 года по МПК H02J9/06 

Изобретение относится к устройствам электропитания АСУ и их подсистем и может быть использовано для электропитания различных электронно-вычислительных и программируемых средств на основе микропроцессорной техники в испытательных центрах и других случаях (и с другими потребителями), где недопустимо даже кратковременное пропадание или резкое колебание электрических характеристик (амплитуда, частота) питающего напряжения.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости и стабильности характеристик выходного напряжения при различных изменениях нагрузки потребителя.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 - схема инвертора; на фиг.З - схема управляемого усилителя; на фиг.4 - схема регулятора возбуждения, на фиг.5 - временная характеристика работы устройства.

Устройство гарантированного электропитания содержит выпрямитель 1, вход которого соединен с шиной 2 первичной сети, резервный источник питания 3, схему 4 под- заряда резервного- источника питания, разрядный диод 5, инвертор 6, стабилизатор 7 постоянного напряжения, буферный диод 8, причем выход выпрямителя 1 через стабилизатор 7 постоянного напряжения и буферный диод 8 соединен с инвертором и, при этом схема 4 подзаряда резервного источника питания имеет резистор 9 и диод 10, анод которого связан с инвертором 6, а его катод через резистор 10 соединен с резервным источником питания 3, разрядный диод 5 катодом связан с инвертор б, а анод связан с резервным источником питания 3.

Инвертор 6 (см.фиг.2) содержит генератор 11, узел регулирования напряжений 12 генератора 11, приводной двигатель 13 постоянного напряжения и узел 14 стабилизас

ции его числа оборотов, причем узел 12 регулирования напряжения генератора снабжен трансформатором 15 отбора э эргии. управляемым выпрямителем 16, реактором 17 и регулятором возбуждения 18, при этом первичные обмотки реактора 17 и трансформатора 15 отбора энергии подключены к выходу генератора 11, а их соответствующие вторичные обмотки соединены соотве г- ственно с регулятором возбуждения 18 и управляемым выпрямителем 16, вход которого соединен с выходом регулятора возбуждения 18, а его выход соединен через щетки 19, которые размещены на валу генератора, с обмоткой возбуждения генератора. Узел 14 стабилизации числа оборотов приводного двигателя постоянного напряжения имеет датик 20 оборотов генератора 11. выполненного в видетахогенератора и усилитель 21, при этом обмотка возбуждения 22 приводного двигателя постоянного на ряжения к датчик 20 числа оборотов генератора 11 соединены с усилителем 21, а якорь 23 приводного двигателя 13 постоянного напряжения связан с выходом усилителя 21, причем вал приводного двигателя 13 постоянного напряжения механически связан с валом генератора 11 через муфту,

Управляемый усилитель 16 (см. фиг.З) имеет усилители фазового упоавления 24,

25,управляемый тиристорный выпрямитель

26,сглаживающий, фильтр 27, диоды 28, 29, трансформаторы 30-33.

Регулятор возбуждения 18 (см.фиг,4) имеет резистор 34, стабилитрон 35, переменный резистор 36, схему сравнения 37, усилители 38, 39.

Устройство работает следующим образом.

Рассмотрим случай, когда напряжение первичной сети поступает непрерывно, Первичное напряжение переменного тока поступает на выпрямитель 1, далее на стабилизатор 7 и инвертор б, преобразующий выпрямленное и стабилизированное напряжение постоянного тока в переменное, которое с него поступает к потребителю.

Промышленные помехи и нестабильность напряжения, возникающие в первичной сети, сглаживаются стабилизатором 7, Причем стабилизатор сглаживает только долговременные помехи и нестабильность напряжения в первичной сети,

Кратковременные помехи, пульсации и нестабильность устраняются инвертором 7, выполненным з виде электромашинного преобразователя с самовозбуждением.

При этом схема подзаряда А резервного источника 3 при наличии напряжения в первичной сети подзаряжает непрерывно резервный источник питания, причем в качестве резервного источника питания может быть использована, например, аккумуляторная батарея или большая емкость.

При пропадании напряжения на шине 2 первичной сети, например, на 0,5-1,0 с или более, подзаряд прекращается, так как пропадает стабилизированное напряжение на

0 выходе стабилизатора 7, создающее через буферный диод 10 и резистор 9 ток подзаряда аккумулятора 3. Аккумулятор 3 через диод 5 подключен к шине питания инвертора 6 в горячем резерве, поэтому, как только при

5 пропадании стабилизированного напряжения, поступающего на инвертор, вызванного пропаданием напряжения в первичной сети, его величина станет меньше напряжения ча аккумуляторе, питание инвертора б

0 начнет осуществляться через диод 5,

Скачкообразное изменение напряжения питания инвертора Ј не приведет к скачкообразному изменению напряжения и частоты на выходе инвертора 6, так как он

5 является инерционным накопителем энергии и не может резко изменить число оборотов двигателя электромашинного преобразователя.

Для облегчения работы системы авто0 магического регулирования, поддержания частоты выходного напряжения (числа оборотов двигателя) и амплитуды выходного на- пряжения (напряжение возбуждения генератора) может быть использован кон5 денсатор, подключенный между катодами диодов 10 и 4 и землей. Тогда при пропадании напряжения питания инвертора 6 оно будет уменьшаться не скачкообразно, а по экспоненте, постоянная времени которой

0 будет определяться емкостью конденсатора и током питания инвертора 6.

Управление управляемым выпрямителем 16 осуществляется следующим образом,

5 Напряжение с выхода генератора 11 поступает на мостовую схему, в одно плечо которого включен источник опорного напряжения, состоящий из резистора 34 и стабилитрона 35, в другое плечо моста включено

0 переменное сопротивлением 36, являющееся датчиком амплитуды выходного напряжения Напряжение с моста поступает на схему сравнения 37. Сигнал рассогласования поступает на усилитель 38 и далее на

5 схему фазового управления регулятора возбуждения 18 - на блоки 24, 25. Если выходное напряжение генератора 1 по каким-либо причинам увеличилось, сигнал рассогласования увеличится; усилитель 38 усилит его, схема фазового управления регуля ора возбуждения 18 сдвинет фазы уп- рэрляющих сигналов rat- , что выпрямленное напряжение уменьшится, что приведет к уменьшению тока в обмотке возбуждения генератора 11, что в свою очередь приведет к уменьшению выходного напряженна генератора 11 и поборот.

Управляемый реактор 17 работает по принципу магнитного усилителя. Рабочая обмотка реачторэ 17 включена псследова- тельно с обмоткой трансформатора 15 отбора энергии. Со схемы 37 сравнения сигнал рассогласования поступает на усилитель 39, управляющий обмоткой 17 реактора. Реактор 17 необходим для облегчения переход- ных процессов, возникающих Е цепи потребителя на выходе инвертора б, в моменты включения устройства, для форсирования выхода из режим инвертера б, а также в моменты, близкие к короткому зз- мыкамию в цепи потребителя. При работе инвертора 6 под нагрузкой, меньшей или равной номинальной, реактор принимает пассивное участие в регулировании выходных характеристик инвертора б (амплитуда и частота). В моменты запуска или режима, близкого к короткому замыканию, в цепи потребителя реактивное сопротивление реактора 17 резко уменьшается, что приводит к форсированному возрастанию на- пряжения на трансформаторе 15, а это в свою очередь приводит к форсированному возрастанию напряжения на обмотке возбуждения генератора 11,а значит и к поддер- жанию выходного напряжения в цепи потребителя.

Таким образом, при отсутствии напряжения на выходе инвертора 6 или состояния, близкого к короткому замыканию в цепи потребителя, напряжение на перемен- ном резисторе 36 отсутствует или начинает резко падать, что приводит к резкому уменьшению сигнала рассогласования, что в свою очередь приведет к резкому уменьшению тока подмагничивания реактора 17, поступающего с усилителя 38, а значит и к резкому уменьшению реактивного сопротивления реактора 17.

Таким образом, на выходе инвертора 6 напряжение и частота питающей сета по- требителя будут независимо от колебаний напряжения и частоты в первичной сети, или даже его кратковременного или длительного пропадания, а также наличии промышленных помех и пульсаций, будзт поддерживаться на уровне, определяемом

качеством регулирования автоматических систем поддержания амплитуды и емкости частоты выходного напряжения инвертора б,

Формула изобретения Устройство гарантированного электропитания, содержащее выпрямитель, вход которого соединен с шиной первичной сети, резервный источник питания, схему подза- ряда резервного источника питания, разрядный диод и инвертор, отличающее- с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости и стабильности характеристики выходного напряжения при различных изменениях нагрузки потребителя, оно снабжено стабилизатором: постоянного напряжения и буферным диодом, причем выход выпрямителя через стабилизатор постоянного напряжения и буферный диод соединен с инвертором, при этом схема ползаряда резервного источника питания имеет резистор и диод, анод которого связан с инвертором, а его катод через резистор соединен с резервным источником питанич, разрядный диод катодом связан с инвертором, а анод связан с резервным источником питания, причем инвертор содержит генератор, узел регулирования напряжения генератора, приводной двигатель постоянного напряжения и узел стабилизации его числа оборотов, причем узел регулирования напряжения генератора снабжен трансформатором отбора энергии, управляемым выпрямителем, реактором и регулятором возбуждения, при этом первичные обмотки реактора и трансформатора отбора энергии подключены к выходу генератора, а их соответствующие вторичные обмотки соединены соответственно с регулятором возбуждения и управляемым выпрямителем, вход которого соединен с выходом регулятора возбуждения, а его выход соединен через щетки, размещенные на валу генератора, а узел стабилизации числа оборотов приводного двигатели постоянного напряжения имеет датчик оборотов генератора и усилитель, при этом обмотка возбуждения приводного двигателя постоянного напряжения и датчик числа оборотов генератора соединен с усилит -- лем, а якорь приводного двигателя постоянно го напряжения связан с выходом усилителя, причем аал приводного двигателя постоянного напряжения механически связан с валом генератора.

Назначение: техническое решение относится к устройствам электропитания автоматических систем управления (АСУ) и их подсистем и может быть использовано для электропитания различных электронно-вычислительных и программируемых средств на основе микропроцессорной техники. Устройство гарантированного электропитания содержит выпряМитель, резервный источник питания, схему подзаряда резервного источника питания, разрядный диод и инвертор. Введение стабилизатора постоянного напряжения и буферного диода позволяет повысить стабильность ..и помехоустойчивость выходного напряжения. 4 ил.

0

К б-локап К.25 Фиг. 4

Сеть

FhAA

ц и тел Я

fft X ста5или- Заяарв.

ТОР подзаря- , да аккуму- лятора§

Ток разряда.

ахкимулялюpof

Напря кРн /& на входе инвертора

теля

Налря/ненив на Stuxoge t/fffiepmopa

К 8ш еенв- ратора

де«Е,А f- -- V- у