Система вторичного электропитания Советский патент 1993 года по МПК H02J9/06 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при проектировании вторичных источников электропитания электротехнической и радиоэлектронной аппаратуры различного назначения.

Цель изобретения - повышение надежности путем уменьшения амплитуды импульсов зарядного тока при запуске системы и обеспечение возможности отключения неисправных источников питания и импульсных нагрузок.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемой системы вторичного электропитания; на фиг. 2 - схема преобразователя напряжения, выполненного в виде линейных дросселей и накопительных конденсаторов; на фиг. 3-5 - схемы нелинейных элементов.

Система вторичного электропитания, содержит N источников питания 1, N импульсных нагрузок 2, общие выходные зажимы 3, 4 для подключения выходных выводов 5, б источников питания 1 и входных выводов 7, 8 импульсных нагрузок 2 и блок коммутации 9, одноименные входные выводы 10, 11 источников питания 1 соединены параллельно и образуют входные зажимы 12, 13 для подключения к первичному источнику питания, в каждый источник питания 1 входит первый контактор 14, первые замыкающие контакты 15 которого включены во входную цепь источника питания 1, а обмотка подключена к блоку коммутации 9, а также пусковой балластный резистор 16, второй контактор 17, с первыми 18, вторыми 19 и третьими 20 замыкающими контактами, первый контактор содержит также вторые

О

го

21 и третьи вспомогательные 22 замыкающие контакты, каждый источник питания 1 содержит преобразователь напряжения 23 и накопитель энергии 24, пусковой балластный резистор 16 включен последовательно во входную цепь каждого источника питания 1, а параллельно ему включены первые замыкающие контакты 18 второго контактора 17, первый выходной вывод 5 каждого источника питания 1 подключен через вто- рые замыкающие контакты 21 первого контактора 14 и третьи замыкающие контакты 20 второго контактора 17 к первому входному выводу 7 импульсной нагрузки 2, а через вторые замыкающие контакты 21, 19 и пер- вого 14 и второго 17 контакторов - к первому общему .выходному зажиму 3, второй выходной вывод 6 каждого источника питания 1 и второй входной вывод 8 каждой импульсной нагрузки 2 подключены, ко вто- рому общему выходному зажиму 4, обмотка второго контактора 17 подключена к первому 5 и второму 6 выходным выводам источника питания 1 через третьи вспомогательные контакты 22 первого контактора 14 и нели- нейный элемент 25.

Первые замыкающие контакты 15 первого контактора могут быть включены в положительную и отрицательную шину, как показано на фиг. 1 пунктиром.

Входящий в источник питания 1 преобразователь напряжения 23 (см. фиг. 2) может быть выполнен по любой схеме, в частности представлять собой обычный линейный дроссель. В качестве накопителя энергии 24, как правило, используются электролитические конденсаторы.

При использовании преобразователя напряжения 23 в виде нескольких линейных дросселей 26 они могут быть соединены па раллельно непосредственно или через про дохранители 27, а накопитель энергии 24 может быть выполнен в виде батареи конденсаторов, каждый из которых 28 (и И группа конденсаторов) подключен Henot- родственно или через собственный предохранитель 29 к выходным выводам 5, 6 источника питания 1. При таком включении элементов надежность преобразователя напряжения повышается за счет ре зервирсва- ния цепей.

Нелинейный элемент 25 (см. фиг. 3) может быть выполнен в виде стабилитрона ЗС. параллельно которому включены четвертые вспомогательные замыкающие контакты 31 второго контактора 17.

Нелинейный элемент 25 (см. фиг. 4) может быть также выполнен в виде контактов 32 электромагнитного реле 33, обмотка которого соединена последовательно с введенным стабилитроном 30 и через третьи вспомогательные контакты 22 первого контактора подключена к первому выходному выводу 5 источника питания 1.

Нелинейный элемент 25 (см. фиг, 5) может быть также выполнен в виде транзистора 34, в коллекторную цепь которого включена обмотка второго контактора 17, база транзистора 34 через первый 35 и второй 36 резисторы подключена ко второму выходному выводу 6 источника питания 1, между общей точкой первого 35 и второго 36 резисторов и вспомогательными третьими контактами 22 первого контактора 14 источника питания 1 включен конденсатор временной задержки 37, а параллельно выводам эмиттер и коллектор транзистора 34 включены четвертые вспомогательные контакты 31 второго контактора 17.

Последовательно с. нелинейным элементом 25 (см. фиг. 1) может быть включен диод 38, общая точка катода диода 38 и первого вывода 39 обмотки второго контактора 17 подключены к блоку коммутации 9, а второй вывод 40 обмотки второго контактора 17 подключен ко второму входному выводу 11 источника питания 1, как показано на фиг. 1 пунктиром.

Параллельно обмотке первого контактора 14, как правило, включается обратный диод 41, параллельно обмотке второго контактора 17 - диод 42, параллельно обмотке электромагнитного реле 33 - диод 43. К входным выводам преобразователя напряжения 23, содержащего линейные дроссели 26, также должен быть включен обратный диод 44 (см, фиг. 2).

В качестве первичного источника питания могут быть использованы выпрямители, аккумуляторные или солнечные батареи, а также солнечная батарея с буферной аккумуляторной батареей и другие источники питания постоянного тока. Указанные первичные источники питания как правило, являются автономными источниками небольшой мощности и требуют ограничения бросков тока потребления при включении системы вторичного электропитания.

Импульсная нагрузка 2 может представлять собой усилители мощности передающего устройства, установки для накачки оптических квантовых генераторов и др.

Система вторичного электропитания работает следующим образом,

В исходном состоянии обмотки контакторов 14 и 17 находятся в обесточенном состоянии, их замыкающие контакты 15,18- 22 разомкнуты, а накопительный элемент 24 полностью разряжен.

Напряжение первичного источника питания подается на общие входные зажимы 12, 13 системы и на входные выводы 10, 11 источника питания 1, после чего включается блок коммутации 9.

Для уменьшения бросковтока потребления включение источников питания 1, входящих в систему электропитания; производится поочередно. Для этого команда включения подается сначала на обмотку первого контактора 14 первого источника питания 1, затем через определенный промежуток времени на обмотку первого контактора 14 второго источника питания 1 и т,д.

Промежуток времени между этими командами рекомендуется выбирать больше, чем длительность переходного процесса заряда накопителя энергии 24.

В результате срабатывания первого контактора 14 его первые 15, вторые 21 и третьи вспомогательные 22 контакты замыкаются. Напряжение первичного источника питания через входные зажимы 12, 13, входные выводы 10, 11, первые замкнутые контакты 15 первого контактора 14 и пусковой балластный резистор 16 подается на вход преобразователя напряжения 23 источника питания 1. Вследствие этого накопитель энергии 24 начинает заряжаться через балластный резистор 16.

Так как третьи замыкающие контакты 20 второго контактора 17 в начале цикла запуска не замкнуты, напряжение на импульсную нагрузку 2 не поступает.

По мере заряда накопителя энергии 24 напряжение на выходных выводах 5, б и соответственно на обмотке второго контактора 17 возрастает. При достижении этим напряжением напряжения срабатывания второго контактора 17, он срабатывает, Первые замыкающие контакты 18 второго контактора 17 шунтируют пусковой балластный резистор 16, его вторые контакты 19 подключают первый выходной вывод 5, а третьи контакты 20, через предварительно замкнутые контакты 21 первого контактора 14, под- ключают входной вывод 7 импульсной нагрузки 2 к первому общему выходному зажиму 3.

После окончания переходного процесса в предыдущем источнике питания 1 команда включения с выхода блока коммутации 9 подается на следующий источник питания 1 и весь цикл включения повторяется аналогично предыдущему. При этом амплитуда импульса тока потребления от первичного источника питания, определяемая броском зарядного тока накопителя энергии 24, ограничивается пусковым балластным резистором 16.

После срабатывания второго контактора 17 и замыкания его вторых контактов 19 на общих выходных зажимах 3. 4 появляется напряжение от накопителя энергии 24 пер- 5 вого включенного источника питания 1 одного из N источников питания, входящих в систему. Поэтому после срабатывания второго контактора 17 через вторые контакты 21 первого контактора 14 и вторые контакты

0 19 второго контактора 17 также происходит бросок зарядного тока в накопитель энергии 24 для всех последующих (N - 1) источников питания 1, Этот бросок тока ограничен тем, что подключение накопите5 ля энергии 24 к общим выходным зажимам 3, 4 происходит уже после достижения напряжения на нем величины, близкой к напряжению на общих выходных зажимах 3,4. Указанный бросоктока включаемого ис0 точника питания 1 от предварительно заряженных накопителем энергии 24 ранее включенных источников питания 1 тем меньше, чем меньше разница напряжений на выходных выводах 5, 6 включаемого ис5 точника питания 1 и на общих выходных зажимах 3, 4 в момент включения второго контактора 17 включаемого источника питания 1,

Для уменьшения этой разницы напря0 жений используется нелинейный элемент 25 одного из представленных на фиг. 3-5 видов.

При использовании в качестве нелинейного элемента 25 стабилитрона 30 (см. фиг.

5 3) напряжение на накопителе энергии 24 включаемого источника питания 1 в момент срабатывания второго контактора 17 повышается на величину напряжения стабилизации стабилитрона 30.

0 Для уменьшения броска тока от предварительно заряженных накопителей энергии 24 стабилитрон 30 рекомендуется выбирать с таким напряжением стабилизации, чтобы сумма этого напряжения с напряжением

5 срабатывания второго контактора 17 была близка к номинальному значению напряжения на заряженном накопителе энергии 24. Для повышения надежности системы стабилитрон 30 может быть зашунтирован четвер0 тыми контактами 31 второго контактора 17.

При введении в нелинейный элемент 25 дополнительного электромагнитного реле 33 (см. фиг. 4) схема работает аналогично предыдущему случаю. Отличие заключается

5 в том, что срабатывание второго контактора 17 происходит после срабатывания электро- : магнитного реле 33 и замыкания его контактов 32,

При использовании в качестве нелинейного элемента.25 транзистора 34 (см. фиг. 5)

срабатывание второго контактора 17 происходит с задержкой по времени относительно срабатывания первого контактора 14. Время задержки определяется емкостью конденсатора 37 и сопротивлениями резисторов 35 и 36.

При достаточном времени задержки накопитель энергии 24 включаемого источника питания 1 успев.ает зарядится до напряжения на общих выходных зажимах 3, 4 и бросок тока в накопитель энергии 24 включаемого источника питания 1 со стороны общих выходных зажимов 3, 4 может быть вообще исключен.

При включении последовательно с нелинейным элементом 25 диода 38 (см, фиг. 1) включение второго контактора 17 может производиться также по команде, выдаваемой блоком коммутации 9 при разомкнутых третьих вспомогательных контактах 22 первого контактора 14.

При выходе из строя одного из параллельно включенных источников питания производится отключение неисправного источника питания 1 и соответствующей ему исправной импульсной нагрузки 2 от общих входных 12, 13 и выходных 3, 4 зажимов.

Для этого снимается команда, подаваемая на обмотку первого контактора 14 неисправного источника питания 1, первые 15 и вторые 21 контакты первого контактора 14 размыкаются и соответствующий источник питания 1 отключается от общих выходных 3, 4 и входных 12, 13 зажимов системы.

Одновременно размыкаются третьи вспомогательные контакты 22 первого контактора 14 и, если внешняя команда включения на обмотку второго контактора 17 не подается, обмотка второго контактора 17 обесточивается и его вторые 19 и третьи 20 контакты размыкаются и соответствующая нагрузка 2 также отключается от.общих выходных зажимов 3,4.

При выходе из строя одной из импульсных погрузок 2 она отключается от общих выходных зажимов 3, 4 системы электропитания одновременно (вместе) с соответствующим ей источником питания 1 снятием команды включения с обмотки первого контактора 14, как указывалось выше.

При включении последовательно с нелинейным элементом 25 диода 38°в системе появляются новые качества. Включение источников питания 1 производится без подачи команды на обмотку второго контактора 17 аналогично описанному выше. При этом напряжение на обмотку второго контактора 17 подается через нелинейный элемент 25 и диод 38. Однако при выходе из строя источника питания 1 и необходимости оставить

импульсную нагрузку 2 неисправного источника питания 1 подключенной к общим выход1- ным зажимам 3, 4 системы электропитания, необходимо подать на обмотку второго контактора 17 команду с выхода блока коммутации 9, а затем снять команду с обмотки первого контактора 14.

При срабатывании первого контактора 14 он разомкнет свои первые 15, вторые 21

0 и вспомогательные 22 контакты и отключит неисправный источник питания 1 от общих входных 12,13 и выходныхЗ,4 зажимов. При этом второй контактор 17 останется включенным напряжением внешней команды, его вто5 рые 19 и третьи 20 контакты замкнуты и импульсная нагрузка 2 неисправного источника питания 1 останется подключенной к общим выходным зажимам 3,4 системы электропитания.

0 Таким образом основной особенностью системы электропитания является введение в каждый источник питания пускового балластного резистора, второго контактора с тремя замыкающими контактами и нелиней5 ного элемента, а также введение в первый контактор дополнительных замыкающих контактов. Это обеспечивает возможность отключать любой источник питания и любую импульсную нагрузку при выходе их из строя

0 от общих входных и выходных зажимов, а также существенно уменьшить амплитуду им- пульсов зарядного тока при запуске системы. Уменьшение амплитуды импульсов зарядного тока от первичного источника пита5 ния обеспечивается введением пусковых балластных резисторов, а уменьшение амплитуды импульсов зарядного тока от ранее включенных источников питания - выравниванием напряжений на накопителе энергии

0 и на общих выходных зажимах включаемого источника питания при помощи введенного нелинейного элемента, включенного последовательно с обмоткой второго контактора. Повышение надежности обеспечивает5 ся также за счет поочередного включения источников питания и импульсных нагрузок . и возможности отключения при помощи введенных дополнительных контактов первого и второго контакторов неисправных ис0 точников питания и импульсных нагрузок от общих входных и выходных зажимов.

Особенностью системы электропитания

.является также то, что при ее циклической

работе, когда после периода работы систе5 ма выключается, а затем после некоторой паузы включается вновь, накопитель энергии сохраняет свой заряд, так как отключается от нагрузки. Вследствие этого при следующем включении существенно снижаются броски зарядного тока.

Для этих же целей служат вспомогательные третьи контакты первого контактора, которые, во-первых, устраняют разряд накопительного элемента через обмотку второго контактора после выключения источника питания при его циклической работе и, во-вторых, исключают задержку выключения второго контактора при выключении источника питания.

Это позволило существенно повысить надежность системы вторичного электропитания - увеличить время наработки на отказ на (25-30)% путем уменьшения амплитуды импульсов зарядного тока при запуске системы в (5-10) раз, а также обеспечения возможности отключения неисправных источников питания и импульсных нагрузок от общих входных и выходных зажимов системы.

Формула изобретения 1. Система вторичного электропитания, содержащая N источников питания, N импульсных нагрузок, входные и выходные выводы источников питания, входные выводы импульсных нагрузок, общие шины источников питания и нагрузок и блок коммутации, одноименные входные выводы источников питания соединены параллельно и образуют общие входные выводы для подключения к первичному источнику питания, каждый источник питания содержит первый контактор, первые замыкающие контакты которого включены во входную цепь источника питания, а обмотка включена между одним общим входным выводом и выходом блока коммутации, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности путем уменьшения амплитуды им-, пульсов зарядного тока при запуске системы и обеспечения возможности отключения неисправных источников питания и импульсных нагрузок, в каждый источник питания введены пусковой балластный резистор, второй контактор с тремя замыкающими контактами, в первый контактор введены вторые и третьи замыкающие контакты, каждый источник питания содержит преобразователь напряжения и накопитель энергии, пусковой балластный резистор включен последовательно во входную цепь каждого источника питания, параллельно ему включены первые замыкающие контакты второго контактора, первый выходной вывод каждого источника питания подключен через последовательно соединенные вторые замыкающие контакты первого контактора и третьи замыкающие контакты второго контактора к первому входному выводу импульсной нагрузки, через последовательно соединенные вторые замыкающие контакты первого и второго контакторов - к

5 первой общей шине источников питания и нагрузок, второй выходной вывод каждого источника питания и второй входной вывод каждой импульсной нагрузки подключены к второй общей шине источника питания на0 грузок, обмотка второго контактора включена между выходными выводами источника питания через.последовательно соединенные третьи контакты первого контактора и нелинейный элемент.

5 2. Система по п. Т, отличающаяся тем, что преобразователь напряжения выполнен в виде линейных дросселей, соединенных параллельно непосредственно или через предохранители и включенных после0 довательно в одну из силовых шин, а накопитель энергии выполнен в виде батареи конденсаторов, каждый из которых подключен непосредственно или через предохранитель к выходным выводам источника

5 питания.

3. Система поп. 1,отличающаяся

тем, что нелинейный элемент выполнен в

виде стабилитрона, параллельно которому

включены четвертые вспомогательные зэ0 мыкающие контакты второго контактора.

4. Система по п. 1,отличающаяся тем, что нелинейный элемент выполнен в виде контактов электромагнитного реле, обмотка которого соединена последовательно

5 со стабилитроном и через третьи контакты первого контактора включена между выходными выводами источника питания.

.5. Система по п. 1, от л и ч а ю щ а я с я тем, что нелинейный элемент выполнен в

0 виде транзистора, в коллекторную цепь которого включена обмотка второго контактора, база транзистора через два резистора подключена к второму выходному выводу источника питания, между общей точкой ре5 зисторов и эмиттером транзистора включен конденсатор временной задержки, а параллельно выводам эмиттера и коллектора транзистора включены четвертые замыкающие контакты второго контактора.

0 6, Система поп. 1,отличающаяся тем, что в каждый источник питания введен диод, включенный последовательно с нелинейным элементом, общая точка катода диода и первого вывода обмотки второго

5 контактора подключены к блоку коммутации, а второй вывод обмотки второго контактора подключай к второму входному выводу источника питания.

26

27

Использование: в электротехнике, при проектировании вторичных источников питания (ВИП) электротехнической и радиоэлектронной аппаратуры. Сущность: система содержит N источников питания (ВИП), N импульсных нагрузок, Одноименные входные выводы ВИП объединены и подключены к первичному источнику питания, один из выводов ВИП подключен к блоку управления. ВИП состоит из преобразователя напряжения и накопителя энергии, имеет два контактора с тремя замыкающими контакторами. Неисправный ВИП может быть отключен контактами контакторов от общих шин нагрузки. Снижаются броски зарядного тока при повторном включении ВИП. Повышается надежность системы ВИП. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

Фиг. 2

zr

м

1

Г7

25

kl

-Pus. 3

2 зо

/«

зз

3

«

Ц2

ГП ZS ГП

Zi

6

-о

Фиг.