Устройство для стабилизированного питания приемников энергии

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроснабжению постоянным током потребителей собственных нужд электрических станций, и может быть использовано для питания приемников, потребляющих электроэнергию, различную по своим характеристикам. Цель изобретения - повышение надежности питания. Устройство содержит источник питания и клеммы для подключения нагрузки. Между ними включены два канала преобразования, каждый из которых выполнен в виде управляемого ключа, преобразователя постоянного напряжения в постоянное и разделительного диодного элемента. Новым в устройстве является снабжение его датчиком тока, а блок защиты дополнительно содержит RS-триггер, два промежуточных реле, элемент ИЛИ, элемент задержки, формирователь, усилитель, кроме того, преобразователь включает в себя блок регулирования выходного напряжения и датчик состояния ключевого регулирующего элемента преобразователя. При неисправности в одном из каналов преобразования питание нагрузки осуществляется от другого параллельного канала. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

СОКИ СОВЕТСНИХ

СО14ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУ1ЬЛИН (51) 5 Н 02 J 9/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ .Ф СЗМДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET

П0 ИЭОБРЕТЕНИЯМ И 0 П.1РЫТИЯМ

ПРИ fHHT СССР (2l ) 4315617/24-07

° °

22) 13.10.87 46) 23.02.90. Бюл. 1 - 7 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по автоматизированному электроприводу в промышленности, сельском хозяйстве и на транспорте (72) И. С. Гендлин, Е. 10. Данюшевская, С. Г. Уваркин и A. Н. Шеметов (53) 621.316.925(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1084923, кл, Н 02 Н 7/12, 1982.

Авторское свидетельство СССР

М 734850, кл. Н 02 J 9/06, 1977.

Сазонов В. В. Комгенсационно-параметрические импульсные стабилизаторы пострянного напряжения. — И.: Энергоатомиздат, 1982, с, 11-13 ° (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗИРОВАННОГО ПИТАНИЯ ПРИЕМНИКОВ .ЭНЕРГЪП1 (57) Изобретение относится к электро- технике, в частности к электроснабже,нию постоянным током потребителей собственных нужд электрических станИзобретение относится к электротехнике, в частности к электроснабжению постоянным током потребителей собственных нужд электрических станций, и может быть использовано для питания приемников, потребляюших электроэнергию, различную по своим характеристикам.

Целью изобретения является повышение надежности питания.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2

„„S0„„ l 545299 А 1

2 ций, и может быть использовано для питания приемников, потребляюших электроэнергию, различную по своим характеристикам. Цель изобретения— повышение надежности питания. Устройство содержит источник питания и клеммы для подключения нагрузки. Нежду ними включены два канала преобразования, каждый из которых выполнен в виде управляемого ключа, преобразователя постоянного напряжения в постоянное и разделительного диодного элемента. Новым в устройстве является снабжение его датчиком тока, а блок зашиты дополнительно содержит RS-триггер, два промежуточных реле, элемент д

Ф

ИЛИ, элемент задержки, формирователь, усилитель, кроме того, преобразователь включает в себя блок регулирования выходного напряженйя и датчик со- С стояния ключевого регулируюшего элеl мента преобразователя. При неисправ- 2 ности в одном из каналов преобразования питание нагрузки осушествляется от другого параллельного канала. CR, 1 з.п. ф-лы, 5 ил. 4ь

Сл

Р ЬД

CO функциональная схема блока регулирования выходного напряжения преобразователя; на фиг ° 3 — функциональная схема датчика состояния регулируюшего элемента; на фиг. 4 — схема регулируюшего элемента; на фиг. 5 — временная диаграмма работы устройства seek при неисправности в резервном канале преобразователя.

Устройство (фиг. 1). содержит источник 1 питания, состоящий из управляемого выпрямителя 2 и аккумулятор1545290 ной батареи 3, двух одинаковых кана— лов 4 и 4 преобразования постоянного напряжения в постоянное и клемм 5 для подключения приемников энергии. В состав каждого канала 4 (4 ) преобразо5 вания постоянного напряжения в постоянное входят управляемый ключ 6, преобразовател.: 7 постоянного напряжения в постоянное, разделительный диодный элемент 8, датчик 9 тока и блок 10 защиты.

Преобразователь 7 постоянно о на>1ряжения в постоянное состоит из ключевого регулирующего элемента 11, блока 12 регулирования выходного наПряжения преобразователя и датчика 13

Состояния регулируюшего элемента 11, Управляющий вход регулирующего элемента 11 соединен с выходом блока

12 регулирования и перым входом датчика 13 состояния, второй и третий входы которого подключены к силовым входу и выходу регулируюшего элемента 11. Выходы датчика 13 состояния и блока 10 зашиты объединены и связаны 25

С управляюшим входом управляемого ключа 6 и с входами "Включение канала" блока 10 зашиты и блока 12 регу-! лирования другого канала 4 преобразоВания постоянного напряжения в постоянное. Первый вход контроля блока 10

Защиты подключен к выходу преобразователя 7 постоянного напряжения в поСтояпное. Второй вход контроля блока

10 защиты и вход обратной связи блока 12 регулирования подключены к вы35 ходу разделительного элемента 8, Треий вход контроля блбка 10 защиты связан с измерительным выходом датчика 9 тока.

Блок 10 зашиты включает в себя -RS- 40 триггер 14 с ориентирующей RC-цепочкой 15, датчики 16 и 17 контроля макСимального и минимального напряжений соответственно, первое и второе промежуточное реле 18 и !9, логический элемент ИЛИ 20, элемент 2! задержки и формирователь-усилитель 22 выходного сигнала, На инверсный R-вход RSтриггера 14 подан сигнал "Включение канала", сформированный другим кана50 лом 4 преобразования постоянного напряжения в постоянное. Прямой выход

ЙЯ-триггера 14 подключен к первому промежуточному реле 18 и через первый вход логического элемента ИЛИ 28 связан с вторым промежуточным реле

li9. Второй вход логического элемента

ИПИ 20 подключен к измерительному выходу датчика 12 тока. Первый вход контроля блока 10 зашиты через датчик

16 контроля максимального напря>кения и второй вход контроля через датчик

)7 контроля минимального напряжения и размыкаюшие контакты второго промежуточного реле 19 объединень. и связаны через элемент 21 задержки с формирователем-усилителем 22 выходного сигнала блока 1О. Параллельно элементу 21 задер>кки включены замыкающие контакты первого промежуточного реле 18.

Блок 12 регулирования выходного напряжения преобразователя (фиг, 2) может быть выполнен из RS òðèããåðà

23 с ориентирующей RC-цепочкой 24, элемента 25 сравнения, интегратора

26, порогового элемента 27, генератора 28 тактовых импульсов и двух логических элементов И 29 и 30. Выход обратной связи блока 12 регулирования через элемент 25 сравнения, интегратор 26 и пороговый элемент 27 связан с первым входом первого логического элемента И 30. Первый вход второго логического элемента И 29 подключен к выходу генератора 28 тактовых импульсов. Вторые входы логических элементов 29 и 30 подключены к инверсному выходу П8-триггера 23, инверсный R-вход которого образует вход Включение каналаи. Выходы логических элементов 29 и 30 образуют выходы управления регулирующим элементом

1 l. Причем элемент 29 управляет отключением элемента !1, элемент 30 — включением

Датчик 13 состояния регулируюшего элемента (фиг. 3) содержит оптодиодную пару 31, фотодиод которой работает EE режиме фотосопротивления, а светодиод совместно с последовательно соединенным резис ором включен параллельно регулирующему элементу 1. Выход оптопары 31 через пороговый элемент 32 связан с

Я-входом счетчика 33, на тактовый вход кэторого поступает сигнал управления отключением регулирующего элемента 11.

В качестве управляемого ключа 6 мо>кет быть использован автоматический выключатель, имеющий независимый расцепитель с гарантируемым .времен.ем отключения. В качестве датчика тока может быть использовано токовое герконовое реле.

Ключевой регулируюший элемент 11 (фиг. 4) может быть выполнен из основного силового тиристора 34, параллельно которому включены последовательно соединенные коммутирующие тиристор 35, конденсатор 36 и дроссель

1545

37. Встречно параллельно тиристорам

34 и 35 включены диоды 38 и 39. Между выходной шиной.регулирующего элемента ll и обшей ниной источника 1 и на5 грузки включен шунтируюший диод 40.

Для питания приемников, потребляющих электроэнергию улучшенного качества, устройство содержит фильтр 41 с выходными клеммами 42. !Г:

Устройство работает следующим образом.

В нормальном режиме работы устройства управляемые ключи 6 каналов 4 и

4 преобразования постоянного напря- 15 ! жения находятся в замкнутом состоянии.

На все узлы преобразователя 7 постоянного напряжения и блока зашиты 10 поданс, напряжение. При подаче напряжения питания RS-триггеры 14 и 23 бло- 20 ков 10 и 12 ориентируются RC-цепочками 15 и 24, на вход которых подается напряжение 11„ (фиг. 1 и 2) питания элементов устройства. Состояние данных

RS-триггеров 14 и 23 соответствует работе каналов в резерве.

Включение устройства происходит подачей сигнала, аналогичного сигналу

"Включение канала" в один из каналов преобразования, при этом другой ка- 30 нал остается в резерве. Преобразователь 7 постоянного напряжения включенного.канала 4 преобразовывает входное постоянное напряжение в импульсное напряжение, которое поступа- З5 ет на выходные клеммы приемников энергии, не чувствительных к форме входного напряжения, например обмотки электромагнитов, двигатели постоянного тока и т.п. Непрерывность тока в 40 индуктивных приемниках энергии обеспечивается шунтирующим диодом 40 (фиг. 4).

На фиг. 5 показаны диаграммы работы устройства при неисправности в ре- 45 зервном канале преобразования. Использованы следующие обозначения:

U — напряжение на выходе преобразоП1 вателя работающего канала преобразования; U „— напряжение на выходе 50 преобразователя резервного канала преобразования; U „ — напряжение на клеммах 5; U H — напряжение на выходе интегратора 26 блока 12 регулирования; 0 — напряжение срабатывания порогового элемента 27 блока регулирования 12; U z сигнал на включение регулирующего элемента 11; U, — сигнал на отключение регулирующего элемен290 6 та I I с. периодом Т; П вЂ” напряжение на силовом тиристоре регулирующего элемента работающего канала U P — сигс1 1 налы датчика максимального напряжения резервного канала; U б — напряжение на выходе блока зашиты резервно"a K H ; U „- напряжение на выходе. Управляемого ключа резервного канала.

В основу работы блока 12 регулирования положен принцип компенсационно-параметрической стабилизации . Так как в качестве коммутационного ключа используется ключевой регулирующий. элемент ll преобразователя 7 постоянного напряжекия, сигнал обратной связи берется после регулирующего элемента ll. Сигнал обратной связи и эталонное напряжение U (фиг. 2) поступают на входы элемента 25 сравнения, выходной сигнал элемента 25 интегрируется интегратором 26 и поступает на вход порогового элемента 27, который формирует сигнал на открытие регулирующего элемента !I. Отключение регулирующего элемента происходит с частотой генератора 28 тактовых импульсов. Режим работы блока 12 регулирования определяется состоянием . триггера 23. При подаче питания RSтриггер 23 устанавливается RC-цепочкой 24 в состояние, соответствующее работе в резерве. Сигнал на инверсном выходе RS-триггера 23 блокирует через логические элементы И 29 и 30 формирование выходного сигнала блока регулирования для управления регулирующим элементом. Переориентация RSтриггера 23 осуществляется сигналом

Включение канала,. формируемым при неисправности в другом канале преобразования, с помощью блока защиты или датчика состояния этого канала.

Датчик 13 состояния является датчиком быстродействующей зашиты. При закрытии тиристора 34 напряжение на нем через оптодиодную пару 31 и компаратор 32 устанавливает счетчик 33 в нулевое состояние. Работа счетчика происходит по периодическому сигналу управления регулирующим элементом II °

При пробое или ложном открытии тиристора 34 регулирующего элемента II обнуление счетчика 33 не происходит и через некоторое время на выходе второго разряда счетчика 33 появляется сигнал, из которого формируется сигнал "Включение канала" другого ка1545290 нала преобразования. Данный сигнал, воздействуя на управляемый ключ 6, отключает его и одновременно включает другой канал 4 преобразования.

Блок 10 защиты предназначен для независимого контроля за выходным напряжением преобразователя 7 постоянного напряжения во всех режимах работы устройства, отключения неисправ- 1О ного канала преобразования и ввода в работу другого канала преобразования. RS-триггер 14 устанавливается в рабочее состояние сигналом "Включение канала".Отклонение выходного напряже-

5 ния за пределы допустимого диапазона, определяемого датчиками 16 и 17 контроля максимального и минимального напряжений соответственно, при длительности этого процесса, превышавшей время срабатывания быстродействующей защиты.,с помощью датчика 13, заданного элементом 21 задержки, вызывает формирование блоком 10 защиты сигнала неисправности. Действие этого сиг- 25 нала аналогично действию сигнала датчика 13 состояния.

При контроле канала преобразования, находящегося в резерве, первое промежуточное реле 18, управляемое пря- 30 мым выходом RS-триггера 14, блокирует замкнутыми контактами элемент 2! задержки и формирование сигнала неис:правности происходит сразу после по явления напряжения на выходе регулирующего элемента ll. Второе промежуточное реле 19, управляемое также прямым выходом RS-триггера 14 через логический элемент ИЛИ 20, в данном режиме работы канала преобразования 40 отключает размыкающими контактами защиту по минимальному напряжению.

Отключение защиты по минимальному напряжению осуществляется также при болыних толчковых токовых нагрузках, вызывающих кратковременное уменьшение напряжения на аккумуляторной батарее

3 и, как следствие, уменьшение выходного напряжения. Отключение зашиты осуществляется по сигналу с датчика 9 тока, поступающему на второй вход логи!еского элемента ИЛИ 20.

При неисправности в канале преобразования, находящемся в резерве, приводящей к появлению напряжения источника 1 питания на клеммах 5, интегратор 26 блока 12 регулирования уходит в состояние положительного на- „ сыщения и пороговый элемент 27 не формирует сигнал на включение регулирующего элемента 11. Однако. генератор

28 тактовых импульсов с периодом Т (фиг, 5) формирует сигналы на отключение регулирующего элемента 11. Ilepвым сигналом на отключение после появления неисправности выключается сило— вой тиристор 34 регулирующего элемента 11 и к нему прикладывается прямое напряжение, обусловленное напряжением на коммутирующем конденсаторе 36. Это напряжение поступает на вход оптодиодной пары 31 датчика 13 состояния, блокируя его работу. При появлении напряжения на выходе резервного преобразователя срабатывает датчик 16 контроля максимального напряжения блока 10 защиты резервного канала . преобразования, а при отключении регулирующего элемента 11 работающего канала преобразования происходит обнуление выходного сигнала датчика 16 контроля максимального напряжения блока 10 зашиты работающего канала преобразования. Из-за отсутствия задержки в цепи формирования выходного сигнала блока 1 0 защиты резервного канала преобразования сигнал неисправности в нем формируется сразу. Происходит отключение управляемым ключом

6 неисправного канала преобразования, напряжение на клеммах 5 уменьшается до допустимых пределов и устройство продолжает работать.

Устройство для питания нагрузок, чувствительных к форме входного напряжения, содержит фильтр 41, общий для обоих каналов преобразования 4 и

4, выход которого соединен с выходными клеммами 42 и образует. второй выход устройства (фиг. !).

Формула и з обретения

1. Устройство для стабилизированного питания приемников энергии, содержащее источник питания и клеммы для подключения приемников энергии, между которыми параллельно включены два канала преобразования постоянного напряжения в постоянное, каждый из которых выполнен в виде управляемого ключа, преобразователя постоянного напряжения в постоянное и разделительного диодного элемента, а также блока зашиты, включающего в себя датчики контроля максимального и минимального напряжений, вход датчика

1 5452 контроля максимального напряжения подключен к выходу преобразователя постоянного напряжения в постоянное, а выход блока защиты соединен с уп5 равляюшим входом управляемого ключа, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения надежности питания, оно снабжено датчиком тока, включенным между разделительным диодным эле- 1О ментом и выходными клеммами, а блок защиты дополнительно содержит RSтриггер, два промежуточных реле, логический элемент ИЛИ, элемент задержки и формирователь-усилитель выходно- 15 го сигнала, инверсный К-вход RS-триггера образует вход "Включение канала" ! а инверсный S-вход соединен с ориентирующей RC-цепочкой, прямой выход

RS-триггера соединен с обмоткой пер- 2р ного промежуточного реле и первым входом логического элемента ИЛИ, входы датчиков контроля максимального и минимального напряжений образуют первый и второй входы контроля блока за- 25 щиты соответственно, а второй вход элемента ИЛИ образует третий вход контроля блока зашиты, к которому подклю. чен измерительный выход ратчика тока, -второй вход контроля блока зашиты че- gp рез датчик контроля минимального напряжения, размыкаюшие контакты второго промежуточного реле, обмотка которогс соединена с выходом элемента

ИЛИ, и первый вход блока зашиты через датчик максимального напряжения объединены и связаны с последовательно соединенными элементом задержки и формирователем-усилителем, причем параллельно элементу задержки включены за- 4О мыкаюшие контакты первого промежуточного реле, кроме того, преобразователь постоянного напряжения в постоянное состоит из ключевого регулирующего

90 l0 элемен та, блока регулирования выходного напряжения преобразователя с помощью широтно-импульсной модуляции, имеющего вход обратной связи, вход

"Включение канала" и выход управления ключевым регулирующим элементом4и датчика сос" îÿíèÿ регулирующего элемента с одним выходом и тремя входами, датчик состояния содержит оптодиодную пару, светодиод, который последовательно соединенный резистором включен между вторым и третьим входамй датчика состояния, выход оптодиодной пары через пороговый элемент связан с R-входом установки в нулевое состояние двоичного счетчика, тактовый вход которого образует первый вход датчика состояния, выход второго разряда счетчика образует выход датчика состояния, первый вход последнего соединен с выходом управления ключевым регулирующим элементом блока регулирования, а второй и третий подключены соответственно к силовым входу и выходу ключевого регулирующего элемен- та, выходы датчика состояния и блока зашиты объединены и подключены к входам "Включение канала" блока зашиты и блока регулирования другого канала преобразования постоянного напряжения в постоянное, вход обратной связи блока регулирования и второй вход контроля блока зашиты подключены к выходу разделительного диодного элемента, 2, Устройство по и. 1, о т л и— ч а ю ш е е с я тем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей, параллельно клеммам для подключения приемников энергии подключен фильтр, образующий второй выход устройства для питания приемников, требующих электроэнергию улучшенного качества.

l545290

Составитель А. Шустов

Редактор Л. Гратилло Техред Л.Сердюкова Корректор М. Максимишинец:

Заказ 495 Тираж 420 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101