Автономный источник питания аппаратуры шахтной связи и управления Советский патент 1993 года по МПК H02J7/10 

Изобретение относится к горной электротехнике и автоматике и может быть использовано для электропитания аппаратуры связи и управления шахтных транспортных средств, в случаях, когда аккумуляторная батарея служит для непрерывного питания нагрузки при временном отсутствии основного питаю него источника.

Известен ряд устройств бесперебойного питания нагрузки постоянным током, содержащих силовой питающий выпрямитель, аккумуляторную батарею, нагрузку, а также блоки управления зарядом и разрядом аккумуляторной батареи.

Недостатком этих устройств является неконтролируемый разряд аккумуляторной батареи, что приводит к снижению надежности их работы из-за возможных переразрядов батареи до уровня ниже допустимого.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является автономный источник питания аппаратуры шахтной связи и управления, содержащий источник питания постоянного тока, аккумуляторную батарею, измерительный резистор, систему управления зарядом, делитель напряжения на терморезисторах, блок контроля разряда батареи.

VI 00

сх ел ю

4

Недостатком известного устройства является зависимость срабатывания реле переключения схемы с режима заряда батареи на режим ее подзаряда не только от величины напряжения на ней, но и от скачков сигнала управления в цепи обратной связи (сигнала управления, проходящего через светодиод), являющихся следствием скачков выхбДно го напряжения источника постоянного тока, или(и) скачков потребляемого от него тока, в случае, если нагрузка переменная.

Это приводит к переводу в режим под- заряда недозаряженной батареи, что снижает надежность устройства при обеспечении электроэнергией нагрузки при питании ее от батареи, в то время, когда устройство не подключено к сетевому напряжению.

Физические процессы, происходящие при этом в электрической схеме устройства, можно списать следующим образом. По мере заряда батареи напряжение на средней точке соединения терморезисторов, повышаясь, приводит к пробою стабилитрона, к появлению и росту тока через стабилитрон. Этот ток распределяется по двум цепям. Часть тока, проходящего через резистор, подключенный параллельно базово-коллек- торному переходу регулирующего транзистора, вызывает увеличивающееся на этом резисторе напряжение, прикрывающее эмиттерно-коллекторный переход этого транзистора, что приводит к некоторому уменьшению тока заряда батареи. Другая часть тока, проходящего через базово-эмит- терный переход транзистора, в коллекторной цепи которого включено реле переключения схемы в режим подзаряда, вызывает, благодаря приоткрыванию транзистора, появлению тока через катушку этого реле. При работе устройства в режиме заряда батареи по указанным цепям распределяется ток, не только проходящий через стабилитрон, но и ток сигнала управления, проходящего через светодиод, что вызывает в катушке реле появление тока, пропорционального суммарному эффекту этих токов.

Если скачков выходного напряжения источника постоянного тока нет, то часть тока в катушке реле, определяемая сигналом управления, поступающего через светодиод, является постоянной во времени величиной, а часть тока, определяемая сигналом прошедшим через стабилитрон, по мере заряда батареи все время повышается, Параметры схемы устройства подобраны так, что срабатывание реле происходит тогда, когда суммарный ток превысит некоторое пороговое значение, при котором ток

через стабилитрон достигнет величины, соответствующей напряжению полностью заряженной батареи. В случае скачков сигнала управления, проходящего через

светодиод, реле сработает при том же пороговом значении суммы токов в базе транзистора, но произойдет это при соответствии меньшем токе стабилитрона, соответствующем недозаряженной батарее.

Цель изобретения - повышение надежности работы устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в автономном источнике питания, содержащем источник постоянного тока, состоящий из трансформатора, выпрямительного моста и сглаживающего конденсатора, измерительный резистор, систему управления зарядом, состоящую из управляющего транзистора, эмиттерно-базовый переход которого через задающий резистор подключен к измерительному резистору, стабилитрона, делителя напряжения на подстроечном и измерительном терморезисторах, точка соединения которых подключена к аноду стабилитрона, отключающего транзистора, подключенного эмиттером к минусу, а коллектором - через реле к плюсу источника постоянного тока, причем, замыкающий

контакт реле подключен параллельно под- строечному терморезистору, аккумуляторную батарею, параллельно которой через собственный замыкающий контакт подключено устройство контроля заряда, регулирующий транзистор, база которого соединена через резистор с коллектором и минусом источника постоянного тока и через светодиод-с коллектором управляющего транзистора, а эмиттер - с измерительным

терморезистором и катодом первого развязывающего диода, анод которого подключен к точке соединения устройства контроля разряда и собственного замыкающего контакта, нагрузку, подключенную одним концом к плюсу аккумуляторной батареи, подстроечному терморезистору и через измерительный резистор к плюсу источника постоянного тока, а другим концом через второй и третий развязывающие диоды, соединенные анодами - к аноду первого развязывающего диода и к отрицательному выводу источника постоянного тока, в разрыв цепи между базами отключающего и регулирующего транзисторов включены дополнительные диоды, катодами к базам соответствующих транзисторов, а общая точка анодов соединена с катодом стабилитрона

На чертеже представлена схема предлагаемого автономного источника.

Автономный источник питания содержит источник постоянного тока 1, состоящий из трансформатора 2, выпрямительного моста 3, сглаживающего конденсатора 4, измерительный резистор 5, систему управления зарядом 6, состоящую из управляющего транзистора 7, задающего резистора 8, стабилитрона 9, делителя напряжения на подстрочном 10 и измерительном 11 терморезисторах, отключающего транзистора 12, реле 13 с его замыкающим контактом 14, аккумуляторную батарею 15, устройство контроля разряда 16с его замыкающим контактом 17, регулирующий транзистор 18, резистор 19, светодиод 20, три развязывающих диода 21, 22, 23, нагрузку 24, и два дополнительных диода 25 и 26.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии аккумуляторная батарея 15 разряжена, устройство контроля разряда 16 отключено, его замыкающий контакт 17 разомкнут.

При подаче питания на источник 1 постоянного тока подается напряжение на нагрузку 24 и устройство контроля разряда 16, которое срабатывает, замыкает свой замыкающий контакт 17 и подключает аккумуляторную батарею 15 на заряд через регулирующий транзистор 18. Ток заряда поддерживается постоянным и равным номинальному при помощи обратной связи на управляющем транзисторе 7, проводимость которого зависит от величины сигнала рассогласования между напряжением на изме- рительном резисторе 5 и опорного напряжения на эмиттер-базовом переходе транзистора 7.

С увеличением тока заряда проводимость управляющего транзистора 7 увеличивается и регулирующий транзистор 18 призакрывается, уменьшая при этом ток заряда до номинального значения. Дополнительный диод 25 в процессе заряда аккумуляторной батареи не позволяет управляющему сигналу от управляющего транзистора 7 поступать на базу транзистора 12. При этом реле 13 отключено, его контакт 14 разомкнут и стабилитрон 9 закрыт.

По мере заряда аккумуляторной батареи 15 потенциал, смещающий транзистор 7, уменьшается и счетодиод 20 гаснет, что свидетельствует об окончании заряда.

После заряда аккумуляторной батареи 15 до величины напряжения, при котором стабилитрон 9 открывается и начинает проводить ток, дополнительный диод 25 открывается и напряжение на базе регулирующего транзистора 18 изменяется так, что этот транзистор призакрывается. Это приводит к понижению тока заряда до величины ниже номинальной. Одновременно с этим открывается дополнительный диод 26 и при достижении транзистором 12 режима

насыщения, реле 13 срабатывает и замыкает свой контакт 14, что приводит к увеличению тока через стабилитрон 9 и еще большему призакрыванию регулирующего транзистора 18 и снижению тока заряда до

0 величины подзаряда. Шунтирование контактом 14 подстроечного терморезистора 10 исключает повторное включение схемы на заряд номинальным током.

В случае повышения температуры окру5 жающей среды свыше допустимого уровня, измерительный терморезистор 11 увеличивает свое сопротивление, что приводит к повышению напряжения на нем до уровня пробоя стабилитрона 9 при более низком

0 уровне напряжения на аккумуляторной батарее 15. Аккумуляторная батарея при этом переводится в режим подзаряда до достижения на ней номинального уровня напряжения, что способствует защите аккумуля5 торной батареи от перезаряда при повышенной температуре окружающей среды.

При исчезновении напряжения питания нагрузка 24 питается от аккумуляторной батареи 15, а схема управления зарядом воз0 вращается в исходное состояние, т.е. реле 13 размыкает свой контакт 14.

Питание нагрузки 24 от аккумуляторной батареи 15 происходит до тех пор, пока она не разрядится до уровня срабатывания уст5 ройства 16 контроля разряда, которое своим замыкающим контактом 17 отключит аккумуляторную батарею от всей внешней цепи. Новое подключение аккумуляторной батареи возможно только при появлении

0 напряжения питающей сети.

Развязывающий диод 22 служит для автоматического переключения питания нагрузки от аккумуляторной батареи при исчезновении напряжения сети, а так же

5 препятствует заряду батареи от источника тока минуя цепь регулирующего транзистора.

Диоды 21 и 23 служат для предотвращения питания от аккумуляторной батареи

0 элементов электрической схемы устройства после исчезновения напряжения источника тока.

Таким образом, техническое решение, заложенное в предлагаемое устройство,

5 обеспечивает независимость цепи включения отключающего транзистора от скачков напряжения на выходе источника тока или скачков потребляемого от него тока при наличии переменной по величине нагрузки. Кроме того, эти диоды не нарушают соотношение потенциалов на базах регулирующего и отключающего транзисторов при работе обеих от сигнала, поступающего через стабилитрон и обеспечивают одинаковую температурную компенсацию сигналов на базах транзисторов.

Формула изобретения Автономный источник питания аппаратуры шахтной связи и управления, содержащий источник постоя иного тока, состоящий из трансформатора, выпрямительного моста и сглаживающего конденсатора, измерительный резистор, систему управления зарядом, состоящую из управляющего транзистора, эмиттерно-базовый переход которого через задающий резистор подключен к измерительному резистору, стабилитрона, делителя напряжения на подстроенном и измерительном терморезисторах, точка соединения которых подключена к аноду стабилитрона, отключающего транзистора, подключенного эмиттером к минусу, а коллектором - через реле к плюсу источника постоянного тока, причем замыкающий контакт реле подключен параллельно подстро- ечному терморезистору, аккумуляторную батарею, параллельно которой через собственный замыкающий контакт подключено устройство контроля разряда, регулирующий транзистор, база которого соединена через резистор с коллектором и минусом

источника постоянного тока и через свето- диод-с коллектором управляющего транзистора, а эмиттер - с измерительным терморезистором и катодом первого развязывающего диода, анод которого подключен к точке соединения устройства контроля разряда и собственного замыкающего контакта, нагрузку, подключенную одним концом к плюсу аккумуляторной батареи, подстроенному терморезистору и через измерительный резистор к плюсу источника постоянного тока, а другим концом через второй и третий развязывающие диоды, соединенные анодами, - к аноду первого развязывающего диода и к отрицательному

выводу источника постоянного тока, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, в разрыв цепи между базами отключающего и регулирующего транзисторов включены дополнительные диоды, катодами - к базам соответствующих транзисторов, а общая точка анодов соединена с катодом стабилитрона.

Использование: изобретение относится к горной электротехнике и автоматике и может быть использовано для электропитания аппаратуры связи и управления шахтных транспортных средств в случаях, когда аккумуляторная батарея служит для непрерывного питания нагрузки при временном отсутствии основного питающего источника. Сущность изобретения: в разрыв цепи между базами отключающего и регулирующего транзисторов включены дополнительные диоды, катодами к базам соответствующих транзисторов, а общая точка анодов соединена с анодом стабилитрона. При отсутствии скачков выходного напряжения источника постоянного тока часть тока в катушке реле, определяемая сигналом управления, поступающего через светодиод, является постоянной во времени величиной, а часть тока, определяемая сигналом, прошедшим через стабилитрон, по мере заряда батареи все время повышается. Реле срабатывает при достижении током через стабилитрон величины, соответствующей напряжению полностью заряженной батареи. 1 ил, (Л С