Устройство автоматического резервирования питания нагрузки. Советский патент 1993 года по МПК H02J9/06 

обмотками 10, 11 и 12, ключи 13, 14, 15 и 16, второй элемент ИЛИ 18, выходной трансформатор 19 с первичными обмотками 20 и 21 и вторичной обмоткой 22 и фильтр 23. За период напряжения на шинах 1-1 и 1-2 в первичных обмотках трансформатора 19

проходят обе полуволны переменного напряжения - положительная по обмотке 20, отрицательная по обмотке 21, и во вторичной обмотке 22 трансформатора 19 наводится полный период переменного напряжения. 4 ил.

Назначение: изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для питания ответственных потребителей, например, устройство автоматики и вычислительной техники. Сущность изобретения: устройство автоматического резервирования питания нагрузки содержит шины первого источника питания 1-1 и 1-2, шины второго источника питания 2-1 и 2-2, элемент ИЛИ 17, выходные шины 24-1 и 24-2. В устройство введен входной трансформатор 3 с первичной обмоткой 4 и вторичными обмотками 5, 6 и 7, входной трансформатор 8 с первичной обмоткой 9 и вторичными

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для питания ответственных потребителей, например, устройств автоматики и вычислительной техники..

Известен стабилизированный источник электропитания с резервированием,содержащий источник переменного напряжения, сетевой выпрямитель с фильтром, первый управляемый инвертор, к первому и второму входам которого подключены выходы сетевого выпрямителя с фильтром, датчик напряжения, входы которого соединены с источником переменного напряжения и с выходами сетевого выпрямителя с фильтром; компаратор, к первому входу которого подключен выход датчика напряжения, а ко второму - напряжение установленной величины, триггер, информационный вход которого соединен с выходом компаратора, первый элемент И, к первому входу которого подключен единичный выход триггера, схему управления, первый вход которой соединен с источником опорного напряжения, задающий генератор, выход которого подключен к тактовому входу триггера и ко второму входу схемы управления, аккумуляторную батарею, второй управляемый инвертор, первый и второй входы которого соединены с аккумуляторной батареей, второй элемент И, к первому входу которого подключен нулевой выход триггера, третий вход первого управляемого инвертора соединен с выходом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом схемы управления и со вторым входом второго элемента И, выход которого подключен к третьему входу второго управляемого инвертора, выходной трансформатор, первая первичная обмотка которого соединена с выходами первого управляемого инвертора, а вторая первичная обмотка - с выхода- ми второго управляемого инвертора, выходные выпрямители, к каждому из которых подключена соответствующая вторичная обмотка выходного трансформатора, выходные шины, которые соединены с выходами соответствующих выходных выпрямителей, выход последнего выходного

выпрямителя подключен к третьему входу схемы управления.

Известно устройство автоматического включения резерва, содержащее основной

и резервный источники питания, первое реле напряжения, которое подключено к первой и второй фазам основного источника питания, второе реле напряжения, которое подключено ко второй и третьей фазам основного источника питания, контактор включения основного источника питания, реле контроля исправности контактора включения основного источника питания, вторые выходы обмоток которых соединены

со второй фазой основного источника питания, контактор включения резервного источника питания, промежуточное реле, вторые выводы которых подключены к первой фазе резервного источника питания, неподвижный вывод контакта второго реле напряжения соединен с первыми выводами контактора включения основного источника питания и реле контроля исправности контактора включения основного источника питания, неподвижные выводы контакта реле контроля исправности контактора включения основного источника питания и блок - контакта контактора включения резервного источника питания соединены между собой

и с замыкающимся выводом контакта второго реле напряжения, замыкающийся вывод контакта реле контроля исправности контактора включения основного источника питания и размыкающийся вывод

блок-контакта контактора включения резервного источника питания соединены между собой и с первой фазой основного источника питания, замыкающиеся выводы первого, второго и третьего контактов контактора включения основного источника питания подключены соответственно к первой, второй и третьей фазам основного источника питания, первый вывод контактора включения резервного источника питания подключен к размыкающемуся выводу контакта промежуточного реле, неподвижный вывод которого соединен с размыкающимся выводом блок-контакта контактора включения основного источника питания,

первый вывод промежуточного реле подключения к размыкающемуся выводу контакта реле контроля исправности контактора включения основного источника питания, неподвижный вывод которого сое- динен с замыкающимся выводом второго реле напряжения, неподвижный вывод которого подключен к замыкающемуся выводу контакта первого реле напряжения, неподвижный вывод которого соединен с неподвижным контактом блок-контакта контактора включения основного источника питания и со второй фазой резервного источника питания, первая, вторая и третья фазы которого подключены к замыкающим- ся выводам соответственно первого, второго и третьего контактов контактора включения резервного источника питания, неподвижные выводы которых соединены с неподвижными выводами соответственно первого, второго и третьего контактов контактора включения основного источника питания и с первой, второй и третьей соответственно шинами гарантированного питания.

Наиболее близким по технической сущности является устройство автоматического резервирования питания нагрузки, содержащее основной и резервный источники питания, имеющие общую шину с нагрузкой, поляризованное реле, элемент ИЛИ, состоящий из двух диодов, анод первого из которых подключен к первому выводу второй обмотки поляризованного реле, второй вывод первой обмотки которого соединен с анодом второго диода, катод которого соединен с катодом первого диода, с неподвижным .контактом поляризованного реле и с первым выводом нагрузки, второй вывод которой подключен к общей шине, полюс основного источника питания соединен с первым выводом первой обмотки и с первым неподвижным контактом поляризованного реле, полюс резервного источника питания подключен ко второму выводу вто- рой обмотки и ко второму неподвижному контакту поляризованного реле.

Недостатком данного устройства является невысокая надежность питания нагрузки, т.е. при переключении источников происходит кратковременное отключение нагрузки от сети.

Целью изобретения является повышение надежности питания нагрузки, путем переключения источников питания без пре- рывания питания нагрузки.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство автоматического резервирования питания нагрузки, содержащее входные шины первого источника

питания, входные шины второго источника питания, первый элемент ИЛИ, выходные шины, введены первый и второй входные трансформаторы, каждый с первичной и тремя вторичными обмотками, первый, второй, третий и четвертый ключи, второй элемент ИЛИ, фильтр и выходной трансформатор, с двумя первичными и вторичной обмотками, вторичная обмотка которого подключена через фильтр к выходным шинам, входные шины первого источника питания соединены сгпервйчной обмоткой первого входного трансформатора, вьШды первой вторичной обмотки которого подключены к первому и второму управляющим входам третьего ключа, выход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к началу второй первичной обмотки выходного трансформатора, конец которой соединен с концом третьей вторичной обмотки второго входного трансформатора, с концом первой первичной обмотки выходного трансформатора и с концом третьей вторичной обмотки первого входного трансформатора, начало которой подключено к третьему силовому входу третьего ключа и к третьему силовому входу первого ключа, первый и второй управляющие входы которого соединены с выводами второй вторичной обмотки первого. входного трансформатора, выход первого ключа подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с началом первой первичной обмотки выходного трансформатора, ко второму входу пер- вого элемента ИЛИ подключен выход четвертого ключа, третий силовой вход которого соединен с началом третьей вторичной обмотки второго входного трансформатора и с третьим силовым входом второго ключа, выход которого подключен ко второму входу второго элемента ИЛИ, первый и второй управляющие входы второго ключа соединены с выводами второй вторичной обмотки второго входного трансформатора, выводы первой вторичной обмотки которого соединены, с первым и вторым управляющими входами четвертого ключа, входные шины второго источника питания подключены к: первичной обмотке второго входного трансформатора.

Нафиг.1 представлена функциональная схема устройства автоматического резервирования питания нагрузки; на фиг,2 - пример выполнения ключей 13 и 14; на фиг.З - пример выполнения ключей 15 и 16 при выполнении ключей 13,14,15 и 16 на разно- полярных транзисторах; на фиг.4 - пример выполнения ключей 15 и 16 при выполнении

ключей 13, 14, 15 и 16 на однополярных транзисторах (например, типа П-Р-П).

Устройство автоматического резервирования питания нагрузки содержит шины первого источника питания.1-1 и 1-2, шины второго источника питания 2-1 и 2-2, первый входной трансформатор 3 с первичной обмоткой 4 и первой 5, второй 6 и третьей 7 вторичными обмотками, второй входной трансформатор 8 и с первичной обмоткой 9 и первой 10, второй 11 и третьей 12 вторичными обмотками, первый ключ 13, к первому и второму управляющим входам которого подключены конечный и начальный соотеет- ственно выводы вторичной обмотки 6 трансформатора. 3, второй ключ 14, первый и второй управляющие входы которого соединены с конечным и с начальным соответственно выводами вторичной обмотки 11 трансформатора 8, третий ключ 15, к первому и второму управляющим входам которого подключены конечный и начальный выводы вторичной обмотки 5 трансформатора 3, к первому и второму выводам пер- вичной обмотки 4 которого подключены шины 1-1 и 1-2, четвертый ключ 16, первый и второй управляющие входы которого соединены с конечным и начальным выводами вторичной обмотки 10 трансформатора 8, к первому и второму выводам первичной обмотки 9 которого подключены шины 2-1 и 2-2, первый элемент ИЛИ 17, к первому входу которого подключён выход ключа 13, второй элемент ИЛИ 18., второй вход кото- рого, соединен с выходом ключа 14, выходной трансформатор 19, с первой 20 и ёторбй 21 первичными обмотками и со вторичной обмоткой 22, фильтр 23, к первому и второму входам которого подключены выводы вторичной обмотки 22 трансформатора 19, выходные шины 24-1 и 24-2, которые соединены с выходами фильтра 23, ко второму входу элемента ИЛИ 17 подключен выход ключа 16; третий силовой вход которого со- единён t третьим силовым входом ключа 14 и с начальным йыводбм обмотки 12 трансформатбра 8, конечный вывод которой сое- дине й с 1крн«чным выводом обмотки 7 трансформатора 3, с конечным выводом об- мотки 20 Трансформатора 19 и с конечны выводом обмотки 21 Трансформатора 19, К начальному выводу которой подключеней- ход элемента ИЛИ 18; ё вы входкото оШ соединен с выходом ключа 15; третий силЬд ври вход которого соединён Ј началь йЩ выводом обмотки 7 трансформатора 3 и с третьим Силовым входом ключа 13, выход элемента ИЛИ 17 соединён с начальным выводомобмотки20 трансформатора1$.

Элемент ИЛИ 17 содержит диод 25, анод которого подключен к первому входу элемента ИЛИ 17, диод 26, катод которого соединен с катодом диода 25 и с выходом элемента ИЛИ 17, второй вход которого соединен с анодом диода 26.

Элемент ИЛИ 18 содержит диод 27, катод которого подключен к первому входу элемента ИЛИ 18, диод 28, анод которого Соединен с анодом диода 27 и с выходом элемента ИЛИ 18, второй вход которого подключен к катоду диода 28.

Фильтр 23 содержать, например, конденсатор 29. первый вывод Которого соединен с первым входом и с первым выходом фильтра 23, а второй вывод - со вторым входом и вторым выходом фильтра 23.

Ключи 13 и 14 выполнены по одинаковым схемам. Ключ 13 (14) - фиг.2 содержит резистор 30, первый вывод которого соединен со вторым управляющим входом ключа 13 (14), транзистор 31, коллектор которого подключен к третьему силовому входу ключа 13 (14), диод 32, катод которого соединен со вторым выводом резистора 30 и с базой транзистора 31, эмиттер которого подключен к первому управляющему входу и к выходу клКэчэ 13 (14), а также к аноду диода 32.

Ключи 15 и 16 также выполнены по одинаковым схемам. Ключ 15(16)- фиг.3 содер- жйт резистор 33, первый вывод которого соединён со вторым управляющим входом ключа 15 (16), транзистор 34, коллектор которого подкл ючен к третьему силовому входу ключа 15 (16), диод 35, анод которого соединен со вторым выводом резистора 33 и с базой транзистора 34, эмиттер которого подключен к первому управляющему входу и к выходу ключа 15 (16) и к катоду диода 35.

Ключ 15 (16) - фиг.4 содержит резистор 36, первый вывод которого подключен к первому управляющему входу ключа 15 (16). диод 37, транзтистор 38, эмиттер которого соединен со вторым управляющим и третьим силовым входами ключа 15 (16) и с анодом диода 37, катод которого подключен ко второму выводу резистора 36 и к базе транзистора 38, коллектор которого соединен с выходом ключа 15(16).

Приведённые схемы показывают, что ключи 13, 14, 15 и 16 могут быть реализованы Двумя вариантами: первый - ключи 13 и 14 реализуются по схеме, приведенной на фиг.2, а ключи 15 и 16- по схеме, приведенной на фиг.З (вариант с разнополярными Транзисторами); второй - ключи 13 и 14 ре- ализуются по схеме приведенной на фиг.2, а ключи 15 и 16 - по схеме, приведенной на фиг.4 (вариант с однополярными транзисторами).

Ключи 13 и 14 - фиг.2 открыты при положительном напряжении на втором входе по отношению к первому входу.

Ключи 15 и 16-фиг.3 открыты -приотрицательном напряжении на втором входе по отношению к первому входу. Ключи 15 и 16 - фиг.А открыты при положительном напряжении на первом входе по отношению ко второму входу.

Первый и второй источники питания используемые в устройстве автоматического резервирования питания нагрузки должны быть сфазированы (т.е. должны иметь одну и ту же фазу).

Устройство автоматического резервирования питания нагрузки работает следующим образом.

В исходном состоянии, за которое примем момент, когда напряжение на шине 1-1 по отношению к шине 1-2 и, соответственно, на шине 2-1 по отношению к шине 2-2. равно нулю, на вторичных обмотках 5, 6 и 7 трансформатора 3 и 10, 11 и 12 трансформатора 8 напряжение также равно нулю, ключи 13. 14, 15, 16 закрыты, на первичных обмотках 20 и 21 трансформатора 19 и на его вторичной обмотке 22 напряжение также равно нулю.

Работу устройства дальше рассмотрим при наличии напряжения только между шинами 1-1 и 1-2. При появлении положительной полуволны напряжения на шине 1-1 по отношению к шине 1-2 (т.е. в начале обмотки 4) положительное напряжение появляется также в начале обмоток 5. 6 и .7 (по отношению к концу указанных обмоток) трансформатора 3. Положительное напряжение в начале обмотки 5 удерживает закрытым ключ 15, положительное напряжение в начале обмотки 6 открывает ключ 13 и ток положительной полуволны с обмотки 7 проходит по цепи - начало обмотки 7 - третий вход ключа 13 - элемент ИЛИ 17 - начало обмотки 20 трансформатора 19 - конец обмотки 20 - конец обмотки 7 трансформатора 3. Через обмотки 21 трансформатора 19 и 12 трансформатора 8 ток протекает, т.к. закрыты ключи 14, 15 и 16. В момент окончания положительной волувол- ны на шине 1-1 закрывается ключ 13, При появлении отрицательной полуволны напряжения на шине 1-1 (по отношению к шине 1-2) отрицательное напряжение появляется также в началах обмоток 5. 6 и 7 (по отношению к концу каждой из указанных обмоток) трансформатора 3. Отрицательное напряжение в начале обмотки 6 удерживает закрытым ключ 13, отрицательное напряжение в начале обмотки 5 открывает ключ 15 и ток отрицательной волуволны с обмотки 7

проходит, по цепи - начало обмотки 7 - третий вход ключа 15 - элемент ИЛИ 18 - начало обмотки 21 трансформатора 19 - конец обмотки 21 - конец обмотки 7 трансформа- 5 тора 3. Через обмотки 20 трансформатора 19 и 12 трансформатора 8 ток не протекает, т.к. закрыты ключи 13, 14 и 16. В момент окончания отрицательной волуволны на шине 1-1 закрывается ключ 15. Таким образом,

0 за период напряжения на шинах 1-1 и 1-2 в первичных обмотках трансформатора 19 проходят обе полуволны переменного напряжения - положительная по обмотке 20, отрицательная по обмотке 21 и во вторич5 ной обмотке22 трансформатора 19 наводится полный период переменного напряжения.

В том случае, если напряжение имеется только на шинах 2-1 и 2-2 и отсутствует на

0 шинах 1-1 и 1-2 устройство работает аналогично, только при положительной полуволне на шине 2-1 по отношению к шине 2-2 открывается ключ 16, а при отрицательной - ключ 14.

5В том случае, если напряжение имеется и на шинах 1-1, 1-2 и на шинах 2-1, 2-2 при положительной полуволне открываются ключи 13 и 16, а при отрицательной - ключи 15 и 14. В этом случае ток положительной

0 полуволны с обмотки 7 поступает на первый вход элемента ИЛИ 17, а ток положительной волуволны с обмотки 12 поступает на второй вход элемента ИЛИ 17, при приведенном выше выполнении элемента ИЛИ 17 на вы5 ход элемента ИЛИ 17 проходит ток с той из обмоток 7 или 12, напряжение на которой выше, т.к. более высокое напряжение, поступающее на один из входов элемента ИЛИ 17 (на один из диодов), закрывает другой

0 вход (другой диод). Ток отрицательной волуволны с обмотки 7 поступает на первый вход элемента ИЛИ 18, а ток отрицательной полуволны с обмотки 12 поступает на второй вход элемента ИЛИ 18 и на выход элемента

5 ИЛИ 18 также проходит ток с той из обмоток 7 или 12. напряжение на которой выше. В остальном устройство работает аналогично описанному выше.

Таким образом, при наличии напряже0 ния обоих источников, т.е. и на шинах 1-1, 1-2 и на шинах 2-1, 2-2, нагрузки питаются от того из источников, напряжение которого выше, а при отсутствии напряжения одного из источников нагрузка питается от другого

5 источника.

Таким образом, устройство обеспечивает более высокую надежность питания нагрузки по сравнению с прототипом, т.к. переключение источников питания происходит без прерывания питания нагрузки.

что важно при использовании резервированного питания в устройствах автоматики и вычислительной техники.

Формула изобретения Устройство автоматического резерви- рования питания нагрузки, содержащее входные шины первого источника питания, входные шины второго источника питания, первый элемент ИЛИ, выходные шины, о т- л имеющееся тем, что, с целью повышения надежности питания нагрузки, в него введены первый и второй входные трансформаторы, каждый с первичной и тремя вторичными обмотками, первый, второй, третий и четвертый ключи, второй эле- мент ИЛИ, фильтр и выходной трансформатор с двумя первичными и вторичной обмотками, вторичная обмотка которого подключена через фильтр к выходным шинам, входные шины первого источника питания соединены с первичной обмоткой первого входного трансформатора, выводы первой вторичной обмотки которого подключены к первому и второму управляющим входам третьего ключа, выход которого сое- динен с первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к началу второй первичной обмотки выходного трансформатора, конец которой соединен с

Фиг. g

концом третьей вторичной обмотки выходного трансформатора и с концом третьей вторичной обмотки первого входного трансформатора, начало которой подключено к третьему силовому входу третьего ключа и к третьему силовому входу первого ключа, первый и второй управляющие входы которого соединены с выводами второй вторичной обмотки первого вхддного трансформатора, выход первого ключа подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с началом первой первичной обмотки выходного трансформатора, к второму входу первого элемента ИЛИ подключен выход четвертого ключа, третий силовой вход которого соединен с началом третьей вторичной обмотки второго входного трансформатора и с третьим входом второго ключа, выход которого подключен к второму входу второго, элемента ИЛИ, первый и второй управляющие входы второго ключа соединены с выводами второй вторичной обмотки второго входного трансформатора, выводы первой вторичной обмотки которого соединены с первым и вторым управляющими входами четвертого ключа, входные шины второго источника питания подключены к первичной обмотке второго входного трансформатора.

Фиг.З