Устройство для резервирования электро-пиТАНия Советский патент 1981 года по МПК H02J9/06 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к системам резервирования питания ответственных потребителей электроэнергии, и може найти применение, например, на подстанциях передач постоянного тока для осуществления питания устройств управления и защиты вентильными пре образователями . Известно устройство для резервирования электропитания, содержащее вентильный преобразователь-выпрямитель, соединенный с сетью переменно го тока, и источник постоянного тока - аккумуляторную батарею р. Недостаток устройства обусловлен наличием в нем аккумуляторной батар требующей спещ1ально11о помещения, оборудованного вентиляционной систе мой, и агрегата для ее подзарядки. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство резервированного электро питания, содержащее два источника питания с регуляторами напряжения, соединенные между собой через диоды, а также датчики напряжения этих источников. При этом датчик напряжения первого источника связан с регулятором напряжения второго источника, а датчик напряжения второго через оргай задержки - с регулятором ндпряжения первого. Недостатком этого устройства является то, что между выходом системы электропитания и нагрузкой включен полупроводниковый диод, а при изменении тока нагрузки изменяется выходное напряжемте на несколько десятков вIлливoльт из-за наличия сопротивления диода в прямом направлении. Причем изменение выходного напряжения в указанных пределах приводит к нарушению работы систем регулирования или управления, содержащих операционные усилители, интеграторы, нуль-оргашл и т.п. Нарушение работы таких yзлoв автоматики происходит из-за изменения баланса нуля на вхо.де этих узлов. Кроме того, при питании устройств уставок регуляторов от таких систем невозможно стабильно поддерживать заданное значение регулируемого параметра. Цель изобретения -. повышение стабильности выходного напряжения. Цель достигается тем, что в устройство, содержащее основной и допол нительный источники дитания, соединенные соответственно через регуляторы напряжения с нагрузкой, а также датчики входных напряжений, введены в него два сумматора, четыре управляемые ключа, основной и вспомогательный элементы сравнения, источник опорного напряжения, блок управления ключами, причем выход каж дого сумматора соединен соответствен но с управляющим входом каждого ре гулятора напряжения, первые входы, сумматоров соединены с выходом основ ного элемента сравнения, первый вход которого соединен с источником опорного напряжения, а второй - с выходами первого и второго управляемых ключей, вторые входы сумматоров соединены соответственно через третий и четвертый управляемые, ключи с выхо дом вспомогательного элемента сравнения, при этом выходы первоЛ) и вто рого регуляторов напряжения соединены соответственно со входами первого и второго управляемых ключей, а также с первым и вторым входами вспомогательного элемента сравнения, причем выходы обоих датчиков входных напряжений соединены соответственно со входами блока управления ключами первый выход которого соединен с уп равляюищми входами первого и третьего управляемого ключей, а второй с управляющими входами второго и чет вертого управляемых ключей. На фиг.1 представлена схема устройства для резервирования электропитания; на фиг.2 - принципиальная схема управления ключами. К раздельным питающим шинам 1 и 2 подключены основной 3 и дополнител ный 4 источники питания, которые через регуляторы 5 и 6 напряжения и первый 7 и второй 8 управляемые ключ соединены с нагрузкой. Регулирующие входы регуляторов 5 и 6 напряжения соединены соответственно с выходами сумматоров 9 и 1Q, первые входы кото рых соединены с основным элементом 8 сравне1шя. Первый вход элемента I1 сравнения соединен с источником 12 опорного напряжения, а другой - с выходами первого и второго управляемых ключей 7 и 8, подсоединенных к нагрузке. Вторые входы сумматоров, соединены соответственно через четвертый 13 и третий 14 управляемые ключи со вспомогательным элементом 15 сравнения, входы которого соединены с выходами регуляторов 5 и 6 напряжения основного 3 и дополнительного 4источников питания. Датчики 16 и 17 входных напряжений подключены к соответствующим питающим шинам и ко входам блока 18 управления ключами. Один выход этого блока соединен с управляющими входами первого 7 и третьего 14 управляемых ключей, а .: второй выход - с управляющими входами второго 8 и четвертого 13 управляемых ключей. Работа устройства происходит следующим образом. При отсутствии нарушений на гштающих шинах 1 и 2 в работе находится основной источник 3 питания,-подключенный к нагрузке через регулятор 5напряжения и открытый управляемый ключ 7. Дополнительный источник 4 питания при этом работает на холостом ходу, так как второй управляемый ключ 8 закрыт Выходное напряжение ии.на нагрузке поддерживается равным напряжению источника опорного напряжения U . благодаря формированию сигнала рассогласования на выходе основного элемента 11 сравнения и воздействию его через сумматор 9 на вход регулятора 5 напряжения. При работе основного источника 3 питания блок 18 управления ключами в результате воздействия на него сигнала с датчика 16 входного напряжения обеспечивает отпирание первого 7и третьего 14, а также запирание второго 8 и четвертого 13 управляемых ключей. Поэтому на вход сумматора 9 поступает сигнал только от основного элемента 11 сравнения. 8результате обеспечивается стабильное выходное напряже ше независимо от Наличия остаточного сопротивления первого управляемого ключа 7. Для обеспечения напряжения на выходе второго регулятора 6 напряжения работающего совместно с дополнительным источником 4 питания при его холостом ходе. равного напряжению на выходе первого регулятора 5, т.е. когда основной контур, обратной связи второго источника 4 и его регулятора 6 разомкйут, служит дополнительная цепь коррекции напряжения, выполненная из дополнительного элемента 15 сравнения, управляемых ключей 13 и 14 и сумматоро 9 и 10. От дополнительного элемента 15 сравнения, соединенного с выходами обоих регуляторов 5 и 6 напряжения через открытый управляемый ключ 14 на вход сумматора 10 поступа ет корректирующий сигнал, воздействующий на вход регулятора 6 напряжения. Равенство напряжений на выходах обоих регуляторов 5 и 6 напряжения позволяет сократить время переходного процесса, т.е. время установления за цепи обратной связи у одного из ванного с процессом переключения источников питания. В этом случае не возникает скачков напряжения на выходе устройства при переключении источников питания из-за отсутствия цепи обратной связи у одного из , источников питания до момента переключения . В случае возникновения аварии или посадки напряжения на питающих шинах 1. сигнал на выходе датчика 16 входного напряжения исчезает, но на выход датчика 17 входного напряжения остается. Это приводит к формированию сигнала на выходе блока 18 управления ключами, связанным с вторым 8 и четвертым 13 управляемыми ключами (работа блока 18 управления ключами будет пояснена ниже). В результате исчезновения сигнала с одного выхода блока 18 управления ключами и появления на другом его выходе происходит запирание первого 7 и третьего 14 управляемых ключей и отпирание второго 8 и четвертого 13 управляемых ключей, т.е. происходит процесс переключения источников питания, В момент переключения замыкается контур обратной связи по напряжению дополнительного источника 4 питания, так как отпирается управляемый ключ 8. Одновременно снимается сигнал коррекции с регулятора 6 напряжения, подаваемый через суммато 10, благодаря запиранию управляемого js ключа 14. В результате дополнительный источник 4 питания и его регулятор 6 напряжения вступают в работу, при этом используется общий элемент 8 11 сравнения и общий источник 12 опорного напряжения, обеспечивающие прежний уровень выходного напряжения. Подготавливается также цепь коррекции напряжения первого источника 3 питания и регулятора 5 напряжения, благодаря отпиранию управляемого ключа 13, которая.после исчезновения аварии на питающих щинах 1 вступит в работу, а источник 3 питания будет играть роль дополнительного. Учитьшая, что управляемые ключи 7 и 8 практически идентичны, а напряжения на выходах регуляторов напряжения поддерживались одинаковыми, то напряжение на нагрузке даже в течение коммутай;ии источников питания не изменится. Для пояснения работы блока 18 управления ключами на фиг.2 изображена его принципиальная схема. При подаче напряжения сначала на питакмцие шины 1 транзистор 19 заперт, поэтому управляюпще ключи 7 и 14 будут открыты, а на выходе датчика 16. входного напряжения появляется сигнал, которьй отпирает транзистор 20 через резисторы 21 и 22. Транзистор 20 блокирует входные цепи управляемых ключей 8 и 13, поэтому после появления сигнала с датчика 17 входного напряжения эти ключи будут заперты. В случае арарии на питающих шинах 1, например посадки напряжения до конт ролируемого уровня, сигнал с выхода датчика 16 напряжения исчезает, что приведет к запиранию транзистора 20 и отпиранию транзистора 19., В результате управляемые ключи 7 и 14 запираются, 8 и 13 отпираются, после чего вводится дополнительный источник 4 питания. При аварийной ситуации на питающих шинах 2 процесс будет происходить аналогично описанному. Таким образом, предлагаемое устройство для резервирования электропитания с двумя или несколькими источниками питания, несмотря на включенные Между ними и нагрузкой разделительные элементы - ключи,позволяет получить на выходе напряжения, стабильность которогЬ нисколько не ухудшается по сравнению с использованием только одного регулируемого источни- ка питания (например стабилизатора. а при переключении источников избежать появления переходного процесса на выходе устройства и обеспечить значение напряжения, идентичное су78шествовавшему ранее до переключения. Устройство можно использовать в прецизионных системах регулирования для питания балансных схем и установок регуляторов. Экономический эффект заключается в повьшении точности поддержания регулируемого параметра, а также повышении стабильности работы систем регулирования и измерения. При этом созсраняется высокая надежность элект ропитания, что повьшает надежность работы объекта в целом. Формула изобретения Устройство для резервирования электропитания, содержащее основной и дополнительный источники питания, соединенные через регуляторы напряжения с нагрузкой, и датчики входньонапряжений, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения стабильности выходного напряжения, в него введены два сумматора, четыре управляеюлх. ключа, основной и вспомогател ный элементы сравнения, источник опорного напряжения и блок упрайления ключами, причем выход каждого сумматора соединен соответственно с управляюпщм входом каждого регулятора напряжения, первые входь:| сумматоров соединены с выходом основного элемента сравнения, первый вход которого соединен с источником опорного напряжения, а второй - с выходами первого и второго управляе1«ах ключей, вторые входы сумматоров соединены соответственно через трет и четвертый управляемые ключи с выходом вспомогательного. элемента сра.в нения, при этом выходы первого и второго регуляторов напряжения соединены соответственно со входами первого и второго управляемых ключей, и с первым и вторым входами вспомогательного элемента сравнения, причем выходы обоих датчиков входных напряжений соединены соответственно со входами блока управления ключами, первый выход которого соединен с управляющими входами первого и третьего зшравляемых ключей, а второй - с управлякицими входами второго и четвертого управляемых ключей. Источники,информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Технические условия на устройство резервирования электропитания типа Т1ШС.-80У4, ТУ-16-529-76. 2.Авторское свидетельство СССР № 603053, кл. Н 02 J 9/04, 1973.