Энергетическая система Советский патент 1979 года по МПК H02J7/00 

1

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано на электроустановках - автоматизированных электроагрегатах и передвижных электростанциях, а также на другах установках, например летательных аппаратах, судах, где к устройствам электропитания постоянным током предъявляются требования минимальных габаритов и веса без снижения при этом надежности и других технико-экономических показателей.

Известна энергетическая система, содержащая устройство для питания постоянным током низковольтного электрооборудования установки с заземленным металлическим корпусом, включаюшее в себя схему управления установкой,электростартер и аккумуляторную батарею для пита«ния по однопроводной схеме электростартера и схемы управления l V Однако в такой системе при работе электростартера напряжение на батарее, а следовательно, и на схеме управления установкой резко снижается (например, с 24 до 16В

из-за большого тока электростартера, что может явиться причиной отказов работы элементов .электрооборудования Кроме тЬ го, при однопроводном электростартере, когда одна его клемма присоединена к

металлическому корпусу установки, схема управления установкой также питается по однопроводной схеме, что снижает надежность ее работы. Подобное питание схемы управления установкой применяется на

электроустановках с малым объемом автоматизации.

Известна также энергетическай система, содержащая устройство для питания постоянным током низковольтного электрооборудования установки с заземленным металлическим корпусом, включаюшее в себя схему автоматического управления установкой и электростартер с одинаковыми номинальными напряжениями питания, аккумуляторную батарею для питания электростартера; (стартфную батарею) и отдельную аккумуляторную батарею для литания схемы автоматического управпо365ния установкой номинальным напряжением по двухпроводной схеме 2, . Аккумуляторные батареи этой системы заряжаются от одного зарядного устройства, если стартер двухпроводный, или от зарядных устройств, если стартер однопроводный, и подключаются к зарядному устройству (зарядным устройствам) по сигналу от электронного блока (блоков)подразрядки. Подобное питание электростартера и схемы автоматического управления установкой применяется на электроустановках, автоматизированных по 2-й и 3-й степеням по ГОСТ 10О32-69. Недостаток этой системы состоит в том, чт для питания схемы автоматического управления установкой используется отдельная аккумуляторная батарея (батарея ав1 оматики) с устройствами, обеспечивающими ее коммутацию и автоматическую подзарядку Это увеличивает вес установки, ее стоимость и затраты на обслуживанне аккумуляторов при и.х эксплуатадии и сокращает полезный объем внутри установки. Аккумуляторная батарея, питаю.щая схему автоматического управления установкой, не используется для питания электростартера при -запуске установки, В то же время для ускорения и повышени вероятности ее запуска, особенно при низ кой температуре, когда емкость аккумуляторов снижается, необходимо увеличивать емкость стартерной батареи. Кроме того, хотя обе батареи составлены как правило из аккумуляторов стартерного ти па, работают они в различных режимах: стартерная батарея - кратковременно (секунды) и с большими разрядными токами (сотни ампер), а батарея автоматики - длительно (часы) и с малыми разрядными токами {единйды ампер). Это разнообразие может быть причиной отставания аккумуляторов, если они при эксплуатации будут переставлены из одной батареи в другую. Целью изобретения является обеспечение питания номинальным напряжением схемы автоматического управления установкой от стартерной батареи. Это- дости гается тем, что предлагаемая энергетиче ская система снабжена конвертором и ко пенсационным стабилизатором напряжения последовательного- типа с регулирующим элементом и блоком сравнения, причем схема автоматического управления установкой связана с выходом конвертора и через первый вентиль со стартерной ак2кумуляторной батареей, соединенной с ходом конвертора через регули|зуюший лемент компенсационного стабилизатора напряжения. Для стабилизации выходного напряжения конвертора, а также уменьшения затат энергии стартерной батареи на рабоу конвертора путем обеспечения синхроной работы компенсационного стаби-лизатора и электростартера блок сравнения компенсационного стабилизатора связан с выходом конвертора, клеммами батареи и двумя источниками опорного напряжения, а первый вентиль включен со стороны той клеммы стартерной аккумуляторной батареи, к которой подключен регулирующий элемент компенсационного стабилизатора. Для обеспечения двухпроводного питания схемы автоматического управления установкой при однопроводнрм электростартере клемма стартерной батареи, связанная с регулирующим элементом компенсационного стабилизатора и одноименная с клеммой электростартера, подклю- ченной к металлическому корпусу установки, соединена с указанным корпусом, а другая ее клемма подключена к схеме автоматического управления установкой че- рез последовательно соединенные разъединительный элемент, чувствительный к току короткого замыкания через него, например плавкий предохранитель,.и второй вентиль, Кроме того, для осуществления сигнализации о замыкании на металлический корпус схемы автоматического управления установкой к первому вентилю я разъединительному элементу подключены датчики блока сигнализации. Для снижения потерь мощности на регулирующем элементе компенсационного стабилизатора вход конвертора, связанный с регулирующим элементом, соединен через последовательно включенные ключ, управляемый разъединительным элементом, и третий вентиль с частью стартерной батареи. При этом напряжение указанной части батареи при отключенном стартере по величине равно минимальному напряжению на всей стартерной батарее при работе электростартера, коэффициент трансформации конвертора выбран равным отношению максимально допустимого напряжения Питания схемы автоматического управления установкой к минимальному напряжению на стартерной батарее при работе элект- ростартера, одно опорное напряжение по 5.6 величине равно минимальна допустимому, а другое - номинальному напряжению пита кия схемы автоматического управлеипя установкой, На фиг, 1 дана бпок-схема описываэ мой энергетической системы с двухпроводным питанием схемы автоматического управления установкой и электростартера от стартерной аккумуляторной батареи|р{а фиг, 2 - вариант принципиальной электрической схемы системы на фиг, 1 при вы™ полнении компенсационного стабилизатора напряжения на транзисторах с проводимостью типа p-n-pjjHa фиг 3 -блок-схема системы с однопроводным питанием элект ростартера и двухпроводным питанием схемы автоматического управления з-ста новкой от стартерной батарея; I на фиг, 4вариант принципиальной электрической схемы системы на фиг, 3 для спутан,когда отрицательная клемма электростарте ра соединена с металлпческил-i корпусом установки и когда имеется сигианизаш я о замыкании на,корпус схемы автоматического-управления установкой,. Энергетическая система содержит устройство для питания постоянным током низковольтного электрооборудования установки, В1слючающ9е в себя электростар тер 1, стартерную аккумуляторную батарею 2 и схему 3 автоматического управления установкой, которая подключена к батарее 2 через Besrrvuib 4 или через вентили 4 и 5 и разъединительный элемент (предохранитель) 6, К схеме 3 автоматического управления подключен выход конвертора 7, вьшолненногр по схеме с гальваническим разделением ,входа н выхода. Вход конвертора подключен к стартерной батарее 2 через регулирующий элемент компенсационного стабилизатора 8напряжения последовательного типа или через последовательно соединенные контак 9и вентиль Ю, Вентиль 10 подключен к стартерной батарее 2 к той перемычке между ее элементами, потенциал которой, относительно клеммы стартерной батар9И( не соединенной с металлическим корпусом 11 установки, равен минимальному напряжению между клеммами стартерной батареи при работе .электростартера 1. Датчики 12 и 13 подключены соответстве нно к вентилю 4 и разьединительнотуСу элементу 6 и управляют блоком 14 cinrvнализации, например, при помощи контактов 15 и 16, В качестве датчика 12 может быть использовано реле 17 напряжения с раз226мыкающим контактом 15, включеинов на напряжение стартериой батареи 2 через транзистор 18, вход которого подключен параллельно вентилю 4. В качестве датчика 13 мбжет быть использовано реле напряжения с размыкающими контактами 9, 16 и 19, включей- нов на напряжение стартерной батареи 2 через разьединитвльный элемент 6 и вентиль 4, Компенсационный стабилизатор 8 напряжения содержит регулирую ,щий элемент 2O.J усилитель обратной связи на транзисторе 21 и резисторе 22 и элемент сравнения, в который входят стабилитроны 23 и 24, транз,истор 21 и разделительные д«ояы 25 и 26. OfiOpiiDS напряжение (уставка) стабилитрона 23 р.авно мпш1мапьно допустимому иащэяжегапо питанкя схемы ав1Ч)матичьскэгс упраБпеиия установкой, например 23В, Оиэрноэ напряжение стабилитрона 24 , paDiiD номинальному наггряжению питания схемь аатоматкческого управления установкой, папримэр 25В, Элохтрэстартер 1 подключен к стартер 0й батареа 2 коммутирующим аппаpaiOiu (ка чертежах на показан). Если в системе (см, фиг, 1 и 2) элйктростартер 1 отключен, то напряжение на стартэриой батарее 2 в схеме 3 автО- мап-ческого управления установкой равно нэмииальяому, например 25В, Это напряжение сравнивается с опорным напряжением на стабилитроне 23. Так как первое напряжение больше второго, то транзистор 21 усилителя обратной связи открыт и через него и вход конвертора 7 на вход регулирую,щего элемента 20 от стартерной батареи 2 прк КЛйдывается запираю.щоо напряжение, В результате этого ре1ули- РЗаощий эпемепт 20 закрыт, а ввод конвертора 7 отключен от напрян :ения старт.ерной батареи 2, При включении электростартера 1 напряжение на стартэрной батарее 2 резко снижается, например, до 16В и становится меньше установки стабилитрона 23. Транзист.ор 21 закрывается, и через вход конвертора 7, резистор 22 и вентиль 4 ОТстартерной батареи 2 на нход регулирующего элемента 20 подается отпирающее напряжение. Регулирующий элемент 20 быстро (в течение долей миллисекунды) открывается н подключает вход конвертора 7 на 7657 напряжение стартерной 6aTapevi 2. На 8Ы ходе конвертора 7 также быстро появляется повышенное напряжение постоянного тока, равное по величине входному напряжению, умноженному на коэффициент трансформации конвертора. Повышенное напряжение запирает вентипь 4 и питает схему 3 автоматического.управления установкой. Это же напряжение поступает в элемен сравнения компеЕюационного стабилизатора 8, где сравнивается с опорным напряжением на стабилитроне 24а Выходное напря жение конвертора 7 не сравнивается с опорным напряжением на стабилитроне 23 потому, что в цепи и.х сравнения в обратном направлении включен вентиль 4s Сигнал рассогласования через усилител обратной связи на транзисторе21 и рези сторе 22 подается на аход регулирующего элемента 20 и изменяет его проводимость В результате этого на схеме 3 автомати ческогр управления установкой поддержи вается номинальное стабилизированное нап ряжение при всах колебаниях напряжения н стартерной батарее 2 и тока схемы автом тического управления установкой Вентиль 4 предотвращает работу конве тора на электростартер 1, стартерную батарею 2 и.стабилитрон 23, При отключении электростартера 1 наП ряжение на стартерной батарее 2 восста- навлйвается и становится больше уставки стабилитрона 24, Транзистор 21 снова полностью открывается, а регулирующий элемент 2О закрывается и отключает питание ахода конвертора 7, Схема 3 автоматического управления установкой основа питается непосредстзенно от стартерной батареи 2 до следующег включения электростартера 1 В системе (см, фйг, 3 и 4) одна клем ма электростартера и одноименная стартерной батареи соединены с металлическим корпусом 11 установки (корпус служит вторым проводом в цепи питания электростартера)о Если схема 3 автоматического joipafrления установкой не замкнута на корпус 11, то через разъединительный элемент 6 схему автоматического управления и вентиль 4 протекает ток от напряжения стартерной .батареи 2, Реле напряжения в датчиках 12 и 13 включены, их контакты 9, IS, 16 и 19 разошснуты, и система работает аналогично описанному для фиг, i и 2s 2 При замыкании на корпус 11 полюса схемы 3 автоматического управления установкой, к которому, подключен вентиль 4, этот вентиль шунтируется и схема автоматического управления установкой переходит в режим однопроводного питания. Так как сопротивление цепи короткого 3aivibncaHHH значительно меньше прямого сопротивления вентиля 4, ,то ток через него, а следовательно,и падение напряжения на нем практически пропадают. Транзистор 18 замыкается и выклк чает реле 17 напряжения, которое контактом 15 включает блок 14 сигнализациИв С.хема 3 автоматического управления установкой, при отключении электростартера 1 питается от стартерной батареи 2, а при работе электростартера - от конвертора 7, При этом вентиль 5 (который может быть зашунтирован замыкающим контактом реле 17) предотвращает работу конвертора 7 на стартерную батарею 2 и электростартер 1,Для того, чтобы конвертор 7 поддерживал на с.хеме 3 ав томатического управления установкой напряжение, равное уставке стабилитрона 24j стабилитрон 23 может быть отключен размыкающим контактом аппарата, вклк чаюшего электростартер 1 (для этой же дели BMecio одного вентиля 4 можно использовать два последовательно соединенных вентиля и к ах общей точке под1шю- чить ан0д стабилитрона 23). Если замыкание устранить, то реле 17 датчика 12 снова включается и схема на фиг 3 и 4 переходит в исходное состояние i При замыкании на корпус 11 полюса схемы 3 автоматического управления установкойа к которому подключен вентиль 5э через разъединительный, элемент б и вентиль 5 проходит , ток короткого замыкания стартерной батареи 2. A mep-cё- I кундная характеристика разьэдинительного элемента 6 выбрана такой, что он разpbmasT цепь тока короткого замыкания paHbmej чем выйдет из строя вентиль 5, Так как внутреннее сопротивлениЕ; «тартерной батареи 2 очень мало,То при -случайном коротком замыкании налряжеиие между ее клеммами не может снизиться до Нуля и, следовательно, от это . го напряжения через конвертор 7 может питаться схема 3 автоматического управления установкой. Если во время короткого замыкания (в течение времени перегорания плавкой вставки предохранителя 6) напряженна яа стартерчой батарее снижается ниже установки стабилитрона 23, то через коьшенсационный стабилизатор 8 включается кон вертор 7, который сверхбыстро восстанав ливает номинальное напряжение на схеме 3 автоматического управления установкой .После срабатывания разъединительного элемента 6 (перегорания плавкой вставки предохранителя) схема 3 автоматического управления установкой продолжает питаться ОТ- выхода конвертора 7, JPene напряжения-датчика 13, обладающее инерционностью отпадает позже и за мыкает свои контакты 9, 16 и 19, Контакт 16 включает блок 14 сигнализации. Контакт 19 вместе с разделительными ди одами 25 и 26 обеспечивает подачу напряжения от стартерной батареи 2 на элемент сравнения компенсационного CTa6vtлизатора 8 после срабатывания разъедини тельного элемента 6. Контакт 9 через вентиль 10 подключает-вход конвертора 7 к части напряжения стартерной батареи 2, После этого вход конвертора 7 может питаться как через компенсационный стабилизатор 8, так и через венп-иль 10, Конвертор 7 питается через компенсационный стабилизатор 8 при работе элект ростартера 1, при срабатывании разьединительного элемента 6- и контакта 9, а остальное время - через вентиль 10, так как при номинальном напряжении на стартерной батарее 2 и замкнутом контакте 19 регулирующий элемент 2О запирается. Это исключает его перегрев, уменьшает потери :мощности. на нем и позволяет длительно питать схему 3 автоматичеркого управления установкой по однопроводной схеме через конвертор 7 от стартервой батареи. Однако в действительности режим питания входа конвертора 7 от части напряжения стартерной батареи 2 непродолжителен, ;так как включен блок сигнализации. Поэтому исключается возможность различного разряда элементов стартерной батареи, Для возвращения системы на фиг, 3 и 4 в исходное положение необходимо устранить замыкание и включить разъеди;витальный элемент 6 (сменить предохранитель). Конвертор 7 может быть выполнен на двухтактном транзисторном автогенераторе колебаний прямоугольной формь с трансформаторной обратной связью, работающем на нагрузку через выпрямитель с емкостным фильтром. При этом регулирующий элемент компенсационного стабилизатора напряжения и вход конвертора включаются по схеме усилительного каскада с общим коллектором, а усилитель обратной связи включается по схеме усилительного каскада с общим эмиттером и выполняется на транзисторе того же типа проводимости, что и транзисторы регулирующего элемента. При таком выполнении компенсационного стабилизатора к коввертора обеспечиваются их высокое быстродействие и практически мгновенное восстановление номинального напряжения на схеме автоматического управления установкой при снижении или пропадании на ней напряжения : подводимого ОТ стартврной батареи. Кроме того, автоматически обеспечивается их защита, так как при указанном выполнении конвертор имеет схемную обратимую защиту от коротких замыканий и перегрузок в выходной цепи, а включение стабилизатора перед конвертором исключает перенапрялсения на его транзисторах (напряжение на аходе конвертора,не превыщает, например, 16В). Если у эпектростартера соединена с корпусом не отрицательная, а попожитепь- ная клемма, то в компенсационном стабилизаторе проводимость транзисторов должна быть типа п-р-п , а проводимость транзистора 18 в датчике 12 должна быть типа р-П -р. Схема автоматического управления установкой в основном питается через вентиль непосредственно от стартерной батареи. Автоматический и .мгновенный перевод питания схемы автоматического управления установкой от выхода конвертора происходит на время работы электростартера или разрыва токовой цепи разъединительным элементом, В первом случае на въ1ходе конвертора напряжение - стабили- зировавное, во-втором меняется в пределах допустимого по его статической нагрузочной характеристике. Предлагаемая энергетическая система обладает следующими преимушествами. Если стартерная батарея составлена из всех аккумуляторов, находящихся на установке ТЪ увеличивается номинальная eivUcocTb стартерной батареи (за счет добавления емкости батареи автоматики) и, следовательно, вероятность запуска установки, особенно при низких температурах. Режим работы всах аккумуляторов становится одинаковым и улучшается, так как аккумуляторы работают в режиме большах разрядньсх токов при работе электростартера, так и в режиме малых разрядных токов при работе схемы автоматического управления установкой (когда зарядное устройство не.подключено), Если нет необходимости убепичивать емкость стартерной батареи, то акхуму ляторы батареи автоматики из системы электрооборудования установки могут быть исключены. В результате этого вес, металлоемкости и стоимость установки уменьшаются, а полезный внутренний объем увеличивается. Кроме того,снижаются затраты на обслуживание ,аккумуляторов при И.Х эксплуатации, упрощается система подзарядки и контроля напряжени на ак;кумуляторах,так как достаточно одного, комплекта вместо двух.. При наличии блока сигнализации о замыкании на корпус в цепях питания схемы автоматического управления установкой повышается надежность ее питания, так как сокращается время работы с.хемы в режиме однопроводного питания. Формула и аобретения 1, Энергетическая система, содержатая устройство для питания ПОСТОЯННЬПУ током низковольтного электрооборудования установки с заземленным металлическим корпусом, включаюшее в себя схему автоматического управления установкой и электростартер с одинаковыми номинальными напряжениями питания и аккумуляторную батарею для питания электростартера, отличаюшаяся тем, что, с целью обеспечения питания номинальны напряжением схемы автоматического управления установкой от батареи, она сна ;жена конвертором и компенсационным ст билизатором напряжения последовательно типа с регулирующим элементом и блоко сравнения, причем схема автоматическог управления установкой связа1на с выходом конвертора и через первый вентиль с аккумуляторной батареей, соединенной с нх дом конвертора через регулирукнций элемент компенсационного стабилизатора на пряжения. 2. Система по п. 1, о т п и ч а ю дался тем, что, с целью стабилизаии выходного напряжения конвертора, а акже уменьшения затрат энергии бйтареи на работу конвертора путем обеспечения синхронной работы компенсационного стабилизатора и электростартера, блок сравнения компенсационного стабилизатора связан с выходом конвертора, клеммами батареи и двумя источниками опорного напряжения, а первый вентиль включен со стороны той клеммы аккумуляторной батареи, к которой подключен регулирук щий элемент компенсационного стабилизатора, 3. Система по п, 2, о т л и ч а юш а я с я тем, что, с целью обеспечения двухпроводного питания схемы автоматического управления установкой при однопроводном электростартере, клемма батареи, связанная с регулирующим элементом компенсационного стабилизатора и одноименная с клеммой электростартера, подключенной к металлическому корпусу установки, соединена с указанным корпусом, а другая ее клемма подсоединена к схеме автоматического управления установкой через последовательно соединенные разъеди(Нительный элемент, например плавкий предохранитель, и второй вентиль. - 4о Система по пп, 1 и 3, отличающаяся тем, что, с целью осуществления сигнализации о замыкании на корпус схемы автоматического управления установкой, к первому вентилю и разъединительному элементу подключены датчики блока сигнализации. 5, Система по п, 3, отличаюяц.а я с я тем, что, с целью снижения потерь мощности на регулирующем элементе компенсационного стабилизатора, нход конвертора, связанный с регулирующим элементом, соединен через последовательно включенные ключ, управляемьй разъединительным элементом, и третий вентиль с частью батареи. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Алексеев А. П. и Чекменев В. Е. Передвижные электростанции. М., Военное издательство Министерства обороны СССР, 1974, с. 278-282. 2.Алексеев А, П. и др. Передвижные электростанции, М., Военное иэдатель тво Министерства обороны СССР, 1974, с, 283-298.

д

ЛТД

и 3

Л

Риг.

J3

6

Ш1

i

фРип

f4

О

Id

Ф

fz

-W-

911

U2.l{

ZS IS.

25