Устройство для электроснабжения потребителей Советский патент 1980 года по МПК H02J9/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ

1

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для электропитания переменным током аппаратуры связи.

Известны системы электропитания аппаратуры связи переменным током, в которых используются первичные источники электроэнергии (дизель - генераторные установки и т. д.) , аккумуляторная батарея в качестг ве источника гарантированного энергоснабжения, зарядно-буферный выпрямитель и инвертор, преобразующий нестабильное постоянное напряжение аккумуляторной батареи в стабильное синусоидальное напряжение, подаваемое на нагрузку системы аппаратуру, питающуюся от этого напряжения I. При отказе первичных источников электроэнергии эти источники отключаются, и аппаратура питается от аккумуляторной батареи через инверторы. С целью исключения .даже кратковременных перерывов в питании нагрузки и улучшения качества питающего нагрузку напряжения она при работающих первичных источниках питается через зарядно-буферные выпрямители и инверторы, а аккумуляторная батарея работает при этом в режиме заряда или буферном. Если первичные источники обеспечивают постоянное напряжение, то надобность в зарядно-буферных выпрямителях отпадает.

Недостатком этой системы является ее низкий КПД при отказе первичных источников и работе от аккумуляторной батареи, обусловленный низким КПД стабилизированного инвертора. При напряжениях аккумуляторной батареи 6-24В и мощностях нагрузки от нескольких киловольтампер до нескольких десятков киловольтампер КПД современных стабилизированных инверто10ров не превыщает 55-65%. При этом за счет потерь мощности в инверторе на 30- 40% увеличиваются вес и габариты аккумуляторной батареи, составляющие подавляющую часть веса и габаритов системы,

15 увеличиваются занимаемые площади помещений, на 30-40% увеличивается расход свинца при кислотных аккумуляторах.

Наиболее близким к изобретению рещением технической задачи является устройство для электроснабжения потребителей, содержащее источник питания, соединенный через аккумуляторную батарею, регулятор постоянного напряжения и инвертор со стабилизатором переменного напряжения.

выходы которого предназначены для подключения потребителей 2.

Недостатком этого устройства является увеличение установленной мощности инвертора при больших колебаниях напряжения аккумуляторной батареи (для кислотных аккумуляторов от 2,35-2,8 на банку в зависимости от режима заряда до 1,8 В на банку при разряде, при этом установленная мощность инвертора увеличивается примерно на 40-50% по сравнению с этой мощностью при питании инвертора от стабильного напряжения). Кроме того, выходное напряжение инвертора меняется пропорционально его входному напряжению, а стабилизатор переменного напряжения, рассчитанный на работу в большом диапазоне входных напряжений, имеет повышенные габариты и пониженный КПД (стабилизатор с вольтдобавочным трансформатором имеет габариты и потери мощности, примерно пропорциональные величине изменения входного напряжения).

Целью настоящего изобретения является увеличение КПД системы в режиме разряда аккумуляторной батареи.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для электроснабжения потребителей, содержащее источник питания, соединенный через аккумуляторную батарею, регулятор постоянного напряжения и инвертор со стабилизатором переменного напряжения, выходы которого предназначены для подключения потребителя, введены реле тока и контактор, причем обмотка реле тока включена между выходом источника питания и входом регулятора постоянного напряжения, цепь из последовательно соединенных обмотки контактора и замыкающего контакта токового реле подключена к выходам аккумуляторной батареи, один размыкающий контакт контактора включен между выходом аккумуляторной батареи и входом инвертора, замыкающий контакт контактора включен между выходом инвертора и выходом стабилизатора переменного напряжения, второй размыкающий контакт контактора включен между выходом инвертора и входом стабилизатора, выполненного с диапазоном изменения входного напряжения, соответствующим изменению напряжения аккумуляторной батареи при ее разряде.

Схема системьр гарантированного электропитания представлена на чертеже.

Система содержит первичный источник электроэнергии 1 (один или несколько), зарядно-буферный выпрямитель 2, аккумуляторную батарею 3, регулятор 4 постоянного напряжения, нестабилизированный инвертор 5, стабилизатор 6 переменного напряжения, реле тока, состоящее из обмотки 7 и контактов 8, контактор (или силовое реле) , состоящий из обмотки 9 и контактов 10, 11 и 12.

Система работает следующим образом. Если работает основной источник электроэнергии 1, то через обмотку 7 реле тока протекает ток, питающий регулятор постоянного напряжения и подзаряжающий аккумуляторную батарею. Контакты 8 реле тока замкнуты. Через контакты 8 подключена непосредственно или через промежуточные реле обмотка 9 контактора. Контакты 10 контактора разомкнуты, контакты 11 замкнуты, контакты 12 разомкнуты. При этом работает регулятор 4 постоянного напряжения, управляемый выходным напряжением системы, который поддерживает это напряжение стабильным.

При отказе источника 1 этот источник отключается, обмотка 7 реле тока и обмотка

9 контактора обесточиваются, контакты 10 контактора замыкаются, контакты 11 размыкаются, контакты 12 замыкаются. Система питается от аккумуляторной батареи 3, напряжение которой поступает непосредстg венно на вход инвертора 5, выходное напряжение системы стабилизируется стабилизатором 6.

Если батарея 3 состоит из кислотных аккумуляторов, то при заряде и буферной работе напряжение на ней меняется от 2,15

до 2,35-2,8 В на банку, при разряде - от 2,0 до 1,8В на банку. При этом в режиме разряда аккумуляторной батареи КПД системы снижается всего на 1,5-2% по сравнению с КПД нестабилизированного инвер- тора 5, установленная мощность инвертора 5 увеличивается всего на lO по отношению к выходной мощности системы, регулятор 4 и стабилизатор 6 работают с малыми диапазонами изменения их входных напряжений и имеют минимальные устаноЕшен5 ные мощности.

При работе источника 1 регулятор 4 работает в диапазоне напряжений, соответствующем диапазону напряжений от 2,15 до 2,35-2,8 В на банку, поддерживая на входе инвертора напряжение, соответствующее

2,0 В на банку.

При отказе источника 1 напряжение аккумуляторной батареи поступает непосредственно на вход инвертора, меняясь в диапазоне 2,0-1,8В на банку, то есть увеличеJ ние установленной мощности инвертора составляет около IQ°/O. Если стабилизатор 6 выполнен на основе вольтдобавочного трансформатора и регулирующего элемента, включенного последовательно с его первичной обмоткой, например, дросселя насыщения, то при изменении выходного напряжения инвертора в диапазоне 10% (соответствующем изменению входного напряжения 2,0-1,8В на банку и номинальной нагрузке системы), стабилизатор б добавляет от О до выходной мощности системы, и при КПД силовой части этого стабилизатора порядка 80- 85% потери мощности в нем составляют 1,52% от выходной мощности системы. Установленная Мощность силовых элементов этого стабилизатора составляет 10% от выходной мощности системы. При низких напряжениях аккумуляторной батареи 3 и больших мощностях системы ток, коммутируемый контактами 10 контактора, может достигать сотен и тысяч ампер. Это увеличивает габариты и стоимость коитактора. Если регулятор 4 постоянного тока тиристорный, последовательного типа, то контакты 10 контактора могут отсутствовать, а контакты 13 этого контактора введены в устройство 14 выключения тиристора регулятора (или ряда соединенных параллельно тиристоров при больших токах), вклю чая это устройство при обесточенной обмотке 9 контактора. При этом тиристор 15 регулятора постоянно открыт импульсами, поступающими от устройства 16 включения тиристора регулятора. Однако это приводит к снижению КПД системы в режиме разряда аккумуляторной батареи, так как,хотя при этом отсутствуют коммутационные потери мощности в тиристоре 15, диоде 17 и дросселе 18 регулятора, остаются потери мощности в постоянно открытом тиристоре 15 и на омическом сопротивлении обмотки дросселя 18. Например, при напряжении аккумуляторной батареи 3 В при использовании низковольтных тиристоров 15 с минимальным падением напряжения в открытом состоянии 1,1 В и при падении напряжения на омическом сопротивлении обмотки дросселя 18 0,1 В это снижение КПД системы составляет около 5%. Технико-экономическая эффективность предложенной системы обусловлена уменьщением на 20-25% веса, габаритов и стоимости аккумуляторной батареи по сравнению с этими показателями в известных системах. Соответственно, на 20-25% уменьшается расход свинца. Следует учесть, что вес, габариты, стоимость аккумуляторной батареи составляет значительную часть этих показателей системы в целом. При этом установленные мощности остальных элементов системы остаются минимальными. Формула изобретения Устройство для электроснабжения потребителей, содержащее источник питания, соединенный через аккумуляторную батарею, регулятор постоянного напряжения и инвертор со стабилизатором переменного напряжения, выходы которого предназначены для подключения потребителя, отличающееся тем, что, с целью увеличения КПД устройства в режиме разряда аккумуляторной батареи, в него введены реле тока и контактор, причем обмотка реле тока включена между выходом источника питания и входом регулятора постоянного напряжения, цепь из последовательно соединенных обмотки контактора и замыкающего контакта токового реле подключена к выходам аккумуляторной батареи, один размыкающий контакт контактора включен между выходом аккумуляторной батареи и входом инвертора, замыкающий контакт контактора включен между выходом инвертора и выходом стабилизатора переменного напряжения, второй размыкающий контакт контактора включен между выходом инвертора и входом стабилизатора, выполенного с диапазоном изменения входного напряжения, соответствующим изменению напряжения аккумуляторной батареи при ее разряде. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Инженерно-технический справочник по электросвязи электроустановки , М., «Связь, 1976, с. 558. 2.Губанов В. В. Силовые полупроводниковые преобразователи с выходными стабилизаторами. «Энергия, 1972, с. 12, 14.