Способ кратковременного резервирования электропитания и устройство для его осуществления Советский патент 1980 года по МПК H02J9/06 

ryf alWeHTatTScH ё резервируемых вырямителях. Благодаря этим свойствам, ни применяются для кратковременного гёЗербйрования электропитания малоощных потребителей.

. Наиболее близким к предлагаемому вляется способ кратковременного резервирования электропитания, в котоом в качестве резервного источника прййе Мяйт предварительно заряженный емкостный накопитель. Способ состоит в том, что выбирают емкость накопителя или напряжение его заряда исходя из параметров нагрузки и ожидаемой длительности перерыва электроснабжения, контролируют электропитание осноеного источника и измеряют напряжение на нагрузке. При перерыве электроснабжения и снижении напряжения на нагрузке до минимально допустимой величины от нагрузки отделяют емкость фильтра и подключают к ней резервный источник, который разряжают с постоянной скоростью. Контролируют напряжение резервного источника и при снижении напряжениядо минимально допустимой величины производят его доразряда,для чего емкость накопителя делят на; две равные части, включамт их последовательно и с той же скоростью разряжают на нагрузку.

Устройство, в котором осуществляют дтот способ, содержит резервный истсзчник, емкостный накопитель,выход которого через коммутатор и стабилизатор напряжения подключен к нагрузке, реле контроля входного напряжения, ocHOBHof: источник питания, выпрямитель с емкостным фильтром на выходе, отделенным от нагрузки диодом, и устройство заряда (вспомогательный в прямитель) . Емкостной накОпитель состоит из реле контроля напряжения ра зрядаи конденсаторной батареи, разделенной на дйе части, которые с помощью реле контроля входного напрязйёния и реле контроля напряжения раз1рйда включаются параллельно и последовательно. Выпрямитель состоит из трансформатора и силового выпрямителя 2

Однако изложенный способкратковременного резервирования электропитания не обеспечивает требуемой скорбёШЬтдачй энергии накопителем, необходимой для компенсации провалов напряжения на вяходё источника питаниk, вызванных набросами тока в одно|й ..из потре бителей выпрямителя. Этот недостаГбК объясняется тем, .что технически реализуемые регулируемые элементы стабилизаторов напряжения непрерывного действия имеют малую нагрузочную способность и болуиое сопротийление насьпдения. .

Цель йзйбрётения - увеличение надёжнЬсти э ЛёктрЪпитания путем повышения скорости Отдачи энергии емкостным накопителем. ,

748666

Поставленная цель достигается тем, что в способе Кратковременного резервирования электрйпитания сети, в которой в качестве резервного источника применен предварительно заряженс ный емкостной накопитель, а основной источник питания подключен к наг рузке через фильтр, содержащий емкость, заключающемся в том, что выбирают емкость накопителя ИЛИ напряжение

его заряда, исходя из параметров на- , грузки и ожидаемой д.питеЛьности перерыва электроснабжения, измеряют напряжение на нагрузке и при снижении напряжения на ней до минимально допустимой величины подключают емкост5 ной накопитель, величину заряжаемой емкости фильтра выбирают, исходя из емкости накопителя прямо пропорционально величине разности напряжения заряда накопителя и максимально до0 пуСтимого напряжения на нагрузке и обратно пропорционально разности максимального и минимального напряжений на наг рузке, при подключении от емкостного накопителя заряжают емкость фильтра и одновременно разряжают его на нагрузку.

В устройство для осуществления способа, содержащее зарядное устройство, подключенный к нагрузке блок

п Контроля напряжения, основной источник питания с емкостным фильтром на выходе, конденсаторная батарея которого отделена от нагрузки диодом, и . резервный источник питания,-выполненный в виде емкостного накопителя и выходом через коммутатор соединенный с нагрузкой, зарядное устройство снабжено стабилизатором напряжения, а емкостной фильтр дополнен второй конденсаторной батареей, соединённой

0 с нагрузкой, при этом величина емкости второй конденсаторной батареи выбрана по формуле:

г Е - .. г

(1)

Ti Й1

Н

.мчн.

где Сф - емкость второй конденса торной батареи; С , - емкость накопителя; Е - напря:жение заряда накопителя;иi ncuKc максимально допустимое нагГряж ание на нагрузке; JWMH. минимально допустимое напряжение на нагрузке; CH - емкость нагрузки. Кроме того, в устройстве коммутатор выполнен на тиристоре.

КратКов эёмёйМое резервирование электрОпитания Сети производят следукадим образом.

Задаются, например, величиной напряжения заряда накопителя, далее по ожидаемой йййтельности Перерыва электроснабжения t, параметрами нагрузки (средней мощности в нагрузке в период

резервирования Pft и напряжениям U ц., определяют емкость накопителя по формуле: (Е , мсхкс. мим/ Определяют по формуле (1) величи ну заряжаемой емкости фильтра. Заря жают емкостной накопитель и измеряю напряжение на нагрузке. При снижени напряжении на на.грузке до минямальн допустимой величины подключают нако питель к заряжаемой емкости фильтра и нагрузке, при этом весь избыток энергии резервного источника (за вы четом потерь энергии при дозаряде, независящих от импеданса разрядной цепи) через время, определяемое постоянной времени цепи заряда емкост фильтра, подается на нагрузку. Таки образом, повьцяенное напряжение накопителя с помощью заряжаемой емкости фильтра преобразуется в допустимое значение напряжения заряда накопителя и фильтра, подключенных йпраллель но к нагрузке и разряжающихся на нее до минимально допустимого значения напряжения. При необходимости производят доразряд накопителя путем деления его емкости на две равные части, включения последовательно указанных частей накопителя, разряда их на нагрузку и заряжаемую емкость фильтра, которая в этом, случае должна удовлетворять выражению:. 1 „ / 2 и ими - Цмачг т г №алс Возможна иная последовательность выбора параметров накопителя, когда по известной емкости заряжаемого фильтра определяется либо емкость на копителя, либо напряжение его заряда На черте.же дана функциональная сх ма устройства для осуществления пред ложенного способа кратковременного резервирования электропитания. Устройство содержит основной источник 1 питания, емкостный фильтр 2 блок 3 контроля напряжения, нагрузку 4, емкостный накопитель 5, коммутатор б, разрядный резистор 7, конденсаторную батарею 8 вторую конденсаторную батарею 9, тиристор 10, диод 11, зарядное устройство 12. К выходу основного источника 1 пи тания подключены емкостный фильтр 2, блок 3 контроля напряжения и нагрузка 4. Выход емкостного накопителя 5 через исполнительную цепь коммутато ра 6 и разрядный резистор 7 подключе к емкостному фильтру 2. Цепь управле ния коммутатора 6 соединена с выходом блока 3 контроля напряжения. Емкостной фильтр 2 состоит из кон денсаторной батареи 8, подключенной к выходу основного источника питания 1, второй конденсаторной батареи 9, выбранной по формуле 1 и подключенной к блоку 3 кон.троля напряжения, к нагрузке 4 и исполнительной цепи коммутатора 6, выполненного на тиристоре 10. Конденсаторная батарея 8 отделена от второй конденсаторной батареи 9 диодом 11, включенным в проводящем направлении. Зарядное устройство 12 снабжено стабилизатором напряжения и подключено ко входу узла емкостного накопителя 5. При пропадании электроснабжения основного источника 1 .питания или кратковременных набросах тока в нагрузке 4 напряжение на емкостном фильтре 2 начинает снижаться. По достижении напряжения на нагрузке 4 минимально допустимого значения блок 3 контроля напряжения включает коммутатор 6. Врезультате чего, емкостной накопитель 5 через разрядный резистор 7 разряжается на вторую конденсаторную батарею 9 и нагрузку-4. На первой быстротечной стадии разряда напряжение на нагрузке 4 возрастает с минимально допустимого до максимально допустимого значения, если снижение напряжения было вызвано перерывом электроснабжения основного источника 1 питания. Если же первоначальное снижение напряжения было вызвано набросом тока в нагрузке 4, то начинает играть .свою роль снижение выходного .сбпро тивления основного источника питания 1, вызванное подключением заряженного емкостного накойителя 5. Так напряжение на нагрузке 4 либо сохра- няется на минимально допустимом уровне, если скорости наброса тока и . разряда в нагрузке 4 равны, либо начинает возрастать, если скорость тока разряда в нагрузке 4 будет превышать :скррость наброса тока. Скорость тока |разряда можно изменять выбором величины сопротивления разрядного резис тора 7.. На второй стадии разряда емкостного накопителя 5 напряжение на нагрузке 4 спадает с максимального значения до минимально допустимого значения. Вторая стадия разряда определяет в оснойном длительность резервирования и характеризуется разрядом емкостного накопителя 5 и второй конденсаторной батареи 9 на нагрузку 4. Если емкость в.торой конденсаторной батареей 9 превышает емкость, определенную по выражению (1), например, для упрощения устройства исключают диод 11, а батареи 8 и 9 включают па заллельно, то напряжение на нагрузке 4 на первой стадии разряда не достигнет максимального .значения и увеличатся потери энергии при заряде емкостного фильтра 2. В результате длительность второй стадии разряда упадет.

Коммутатор б может быть йыполнён, например, на тиристоре 10. Если при разряде емкостного накопителя 5 ток через тиристор 10 достигает значения его тока выключения, то коммутатор б отключает емкостной накопитель 5. Б этом случае ток в нагрузке 4 поддерживается за счет разряда заряженной второй конденсаторной батареи 9. При МйК1Я йа льно допустимом значении напряжения на нагрузке 4 блок контроля на пряжения 3 повторно включает тиристор 10 и зарядно-разрядный цикл проЦёсса резервирования повторяется . вновь. При этом амплитуда импульса напряжения на нагрузке 4 и длительность каждого цикла уменьшаются от цикла к циклу, если в процессе резервирования емкостной накопитель 5 не дозаряжается (или заряжается малым током}. В случае уменьшения средней мощности в нагрузке 4 указанное свойство позволяет сократить глубину разряда емкостного накопителя 5.

Дозаряжаемая емкость может входить всостав однозвенных и мнбгозвенных LC и R/C сглаживающих фильтров источника питания с кратковременным резервированием.

Предложенный способ кратковременйого резервирования электропитания позволяет рес1лизовать разрядную цепь .на элементах, имеющих в 10-100 раз большую цикловую нагрузочную способкость (коммутатор на тиристоре и разрядный резистор, роль котброго могут выполнять провода монтажа), чем у эл мента разрядной цепи прототипа (коммутатор и работающий в активном режиме транзистор стабилизатора напряжения непрерывного действия). Благодаря этому в несколько раз может быт увеличена скорость отда.чи энергии в нагрузку емкостным накопителем, отпадает необходимость в применении стабилизатора напряжения в разрядной цепи.

Формула изобретения

1. Способ кратковременного резервирования электропитания сети, в которой.в качестве резервного источника применен предварительно заряженный емкостной накопитель, а основKOfi источник питания подключен к нагрузке через фильтр, содержащий ем-. кость, заключающийся в том, что выбЛравэт емкость накопителя или напряжение его заряда, исходя из. параметров нагрузки и ожидаейэй длительности перерыва электроснабжения, измеряютнапряжение на нагрузке и при снижении напряжения на ней до минимально допустимой величины подключают емкостной накопитель, отличающийся тем, что, с целью увеличения надежности электропитания путем повышения скорости отдачи энергии емкостным накопителем, величину , заряжаемой емкости фильтра выби.рают, исходя из емкости накопителя прямо пропорционально величине разности напряжения заряда накопителя и максимально допустимого напряжения на нагрузке и обратно пропорционально разности максимального и минимального напряжений на нагрузке, при подключении от емкостного накопителя заряжают емкость фильтра и одновременно разряжают его на нагрузку.

2. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее зарядное устройство, подключенный к нагрузке блок контроля напряжения,основной источник питания с емкостным фильтром на выходе, конденсаторная батарея которбго отделена от нагрузки диодом, и резервный источник питания, выполненный в виде емкостного накопителя и выходом 1ерез коммутатор соединенный с нагрузкой, отличающе.ес я тем, что зарядное устройство снабжено стабилизатором напряжения, а емкостной фильтр; дополнен второй конденсаторной батареей, соединенной с нагрузкой, при этом величина емкости второй конденсаторной батареи выбрана по формуле

Е - и мокс.

С(V Ч МаксТ Мни-,

где Cjy - е.мкость второй конденсаторной батареи; С -- емкость накопителя; Е - напряжение заряда накопителя ,. wCTKc максимсшьно допустимое напряжение на нагрузке; и мин. минимально допустимое напряжение на нагрузке; С я - емкость нагрузки. 3.. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что коммутатор выполнен на тиристоре.

Источники инфор ации, принятые во внимание при экспертизе

1.Катаев В.Е. и др. Электропитание устройств связи. Под ред. Китаева. Учебник для ВУЗов. М. , Связь , 1975, с. 279-280, рис. 13.4 и 13.5.

2.Авторское свидетельство СССР № 513358, кл. G 05 F .1/62, 19J3 (прототип).