Система электроснабжения постоянного тока

 

Использование: в системах электроснабжения постоянным током необслуживаемых нагрузок, например в генераторах на солнечных батареях. Сущность изобретения: система электроснабжения постоянного тока включает в себя многосекционный генератор постоянного тока (солнечную батарею), мощность которого регулируется путем шунтирования силовыми ключами отдельных параллельно включенных секций, развязанных друг от друга диодами. До диодов по несколько секций объединены в группы между шинами секций нормально-разомкнутыми контактами реле. С выходного регистра осуществляется управление (включение-выключение) силовыми ключами, в цепь каждого из которых установлен плавкий предохранитель. Осуществляется контроль наличия короткозамкнутых силовых ключей. Благодаря кратковременному подключению друг к другу по несколько отдельных шин секций в общую шину группы замыканием параллельно-разомкнутых контактов реле (при отсутствии сигналов управления на включение силовых ключей данной группы) автоматически производят исключение короткозамкнутых силовых ключей. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам электропитания.

Известна система электроснабжения с регулируемой мощностью многосекционного источника электроэнергии, например, солнечной батареи (БС), в которой регулятор мощности содержит датчик входного сигнала, связанный с переключателем секций этого источника, и генератор импульсов, имеющий выходы для отключения и подключения секций, а также двухканальный циклический распределитель команд, вход каждого из каналов которого соединен с соответствующим выходом генератора импульсов, при этом выходы одного из каналов двухканального распределителя подключены к отключающим входам переключателя секций, а выходы второго канала - к подключающим входам переключателя секций.

Недостатком этой системы является то, что в системе существует вероятность возникновения короткого замыкания силовых электронных ключей, шунтирующих секции БС. Если не будет введена избыточность силовых ключей для защиты секций БС от неуправляемого шунтирования при их короткозамкнутом силовом ключе, в дальнейшем исключается использование энергии данной секции БС.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому решению является система электроснабжения постоянного тока, cодержащее состоящую из нескольких секций, регулятора мощности с ключами на полевых транзисторах, устройства управления ключами и нагрузку.

Секции солнечной батареи объединяются параллельно через цепочки из двух последовательных диодов. К плюсовому зажиму каждой секции подключен через плавкий предохранитель исток ключа. Истоки ключей объединены и подключены к общей шине нагрузки и солнечной батареи, а затворы соединяются с выходами устройства управления ключами. На вход устройства управления подается сигнал с шины питания нагрузки. Шунтирование секций БС производится в строгой последовательности, начиная с последней секции, и отключение ее, соответственно, происходит также последней. Из-за этого последняя секция находится в наиболее неблагоприятных условиях, что является недостатком известной системы, так как необходимость строгого соблюдения порядка включения и выключения секций БС ухудшает условия эксплуатации БС и соответственно снижает срок службы БС. Кроме того, в силовом ключе первой секции БС предохранитель принудительно не выжигается, а в условиях, когда ток секций БС в зависимости, например, от освещенности, температуры и т.д. может изменяться, то может случиться так, что тока от двух секций (при коротком замыкании силового ключа у предпоследней секции БС) может оказаться недостаточно для перегорания предохранителя.

Целью изобретения является повышение надежности работы системы и увеличение срока ее службы.

Указанная цель достигается тем, что в систему электроснабжения постоянного тока, содержащую регулируемый многосекционный генератор постоянного тока, отдельные секции которого подсоединены параллельно друг другу через развязывающие диоды, последовательно соединенные между собой предохранитель и силовой ключ, подключенные параллельно каждой секции, нагрузку, подключенную между шиной одной полярности, образованной соединением однополярных выводов развязывающих диодов и шиной другой полярности, являющейся общей для всей системы, дополнительно введены выходной регистр, устройство блокировки, дешифраторы, устройство контроля зашунтированных секций, устройства задержки выдачи сигналов, одновибраторы и блок реле с нормально-разомкнутыми контактами, причем, по несколько секций с шинами объединены в отдельные группы, в которых нормально-разомкнутые контакты реле подключены между шинами секций, выходные сигналы от каждой секции групп поступают на групповые входы устройства контроля зашунтированных секций, групповые выходы которого соединены последовательно с первыми индивидуальными входами устройства блокировки, индивидуальные выходы которого соединены с устройствами задержки выдачи сигналов, с одновибраторами для каждой группы и с блоком реле, выходы устройства блокировки также соединены со входами выходного регистра, выходы которого подключены к групповым входам дешифраторов и к каждой группе секций генератора постоянного тока, индивидуальные выходы дешифраторов подсоединены к соответствующим вторым индивидуальным входам устройства блокировки.

На чертеже приведена функциональная схема системы электроснабжения постоянного тока, содержащая генератор постоянного тока, например, БС, состоящую из отдельных параллельных секций 1₁...1_n с шинами 2₁...2_n, к каждой из которых одним выводом подсоединены соответствующие развязывающие диоды 3, другой вывод которых соединен друг с другом и подсоединены к общей шине 4, к которой подключена нагрузка 5. Параллельно каждой секции подсоединены последовательно соединенные между собой соответствующие силовой ключ 6₁... 6_n и предохранитель 7₁...7_n. Секции 1₁...1_n с шинами 2₁...2_n разделены на группы 8₁...8_к. Например, как показано на чертеже, в группу секций 8₁ входят cекции 1₁...1₅, шины 2₁...2₅, силовые ключи 6₁...6₅ с предохранителями 7₁. ..7₅ и замыкающие контакты 9₁...9₄ соответствующих реле блока 10, которые объединяют секции 1₁...1₅ в одну группу 8₁. В следующей группе секций соответственно должны быть объединены шины секций 2₆...2₁₀ контактами 9₅... 9₈ и т.д. Между собой группы секций контактами не соединяются.

Включение-выключение каждого силового ключа осуществляют сигналами от выходного регистра 11. Сигналы управления от него формируются в зависимости от сигналов, которые поступают от управляющего устройства (на чертеже условно показано стрелкой), определяющего принцип включения-выключения силовых ключей. Блокировку включения этих ключей производят по сигналам от устройства блокировки 12, которое состоит из логических схем И 13₁...13_к с соответствующими устройствами задержки выдачи сигналов 14₁...14_к (соответствующих каждой группе секций 8₁...8_у). На инверсный вход логических схем И 13₁...13_к поступают сигналы от соответствующих каждой группе секций дешифраторов 15₁...15_к. На неинверсный вход логических схем И 13₁... 13_к поступают сигналы от устройства контроля зашунтированных секций 16, которое состоит из логических схем ИЛИ 17₁...17_к и пороговых устройств 18₁... 18_к (соответствующих каждой группе секций 8₁...8_к).

Включение реле блока 10, соответствующих определенной группе 8₁...8_к, осуществляется ипульсными сигналами от соответствующих устройств задержки выдачи сигналов 19₁...19_к с одновибраторами 20₁...20_к.

Система электроснабжения постоянного тока работает следующим образом.

При нормальной работе системы контакты всех групп 8 разомкнуты. Устройство контроля зашунтированных секций 16 контролирует по группам секций 8₁. ..8_к наличие зашунтированных секций 1 (например, как указано на чертеже по 5 секций 1₁...1₅ в одной группе). Сигналы в виде уровней напряжений от каждой группы 8 поступают на соответствующие логические схемы ИЛИ 17₁...17_к с пороговыми устройствами 18₁...18_к, где выявляется наличие зашунтированных секций.

Рассмотрим работу системы на примере одной группы 8₁, состоящей из пяти секций солнечной батареи 1₁. ..1₅. Когда какая-то секция оказывается зашунтированной соответствующим силовым ключом 6₁...6₅, напряжение на соответствующей шине 2₁...2₅ становится низким (единицы вольт). Компаратор 18₁ срабатывает, сигнал от него поступает на первый вход логической схемы И 13₁. Если соответствующая секция 1₁...1₅ зашунтирована по сигналу от выходного регистра 11, то сигнал от дешифратора 15 присутствует на инверсном входе логической схемы И 13₁ и соответственно сигнал на ее выходе отсутствует. Если хотя бы одна секция солнечной батареи 1₁...1₅ зашунтирована, а соответствующего сигнала от выходного регистра 11 нет, то с дешифратора 15₁ сигнал будет отсутствовать, и на выходе логической схемы И 13₁ появится сигнал, который выдается с устройства задержки выдачи сигнала 14₁ устройства блокировки 12 на выходной регистр 11 для блокировки формирования сигналов управления на включение соответствующей группы силовых ключей (в рассматриваемом примере 6₁...6₅). Задержка выдачи сигнала, например, на 1 с, необходима для того, чтобы зафиксировать устойчивое несоответствие: отсутствие сигнала управления и наличие зашунтированной секции, т.е. наличие короткозамкнутого силового ключа. Этот же сигнал со второй задержкой от устройства 19₁ (например, 1 с, чтобы разнести во времени блокировку включения силовых ключей и замыкание контактов 9₁...9₄) поступает на одновибратор 20₁, который формирует сигнал управления (или подает питание на соответствующие реле блока 10, контакты которых замыкаются на время (например, 2 с), необходимое для гарантированного выжигания предохранителя, и которое определяется длительностью сигнала с одновибратора. Предохранитель выбирают с таким расчетом, чтобы он не мог перегореть при работе одной секции солнечной батареи и гарантированно перегорал за установленный интервал времени при не менее 3-х кратной перегрузке по току. Это обеспечивается объединением по несколько секций солнечной батареи в одну группу 8₁...8_к. При короткозамкнутом силовом ключе одной из секций 1₁...1₅ ток всех пяти секций (при замкнутых контактах 9₁...9₄) пройдет через этот ключ, чем будет обеспечено перегорание его предохранителя. Чтобы сохранить регулируемость всех секций (с какой-то вероятностью) целесообразно каждую секцию шунтировать двумя параллельными силовыми ключами с предохранителем в цепи каждого ключа (не показано). Это, в свою очередь, позволяет получить надежное регулирование мощности солнечной батареи благодаря защите силовых ключей от обрыва ( в т.ч. и при принудительном выжигании предохранителя в одном из двух силовых ключей одной секции). При этом каждый из двух силовых ключей должен быть рассчитан на полную токовую нагрузку одной секции. После выжигания предохранителя напряжение на соответствующей шине 2₁...2₅ повысится до рабочего значения, сигнал с порогового устройства 18₁ снимается, логическая схема И 13₁ придет в исходное состояние и одновибратор 20₁ будет снова готов к формированию сигнала на включение соответствующих реле блока 10.

Аналогичным образом, независимо друг от друга, осуществляется управление всеми группами секций 8₁...8_к и выжигание предохранителей в цепях короткозамкнутых силовых ключей соответствующих групп секций. По сравнению с известной системой электроснабжения в предлагаемом решении для исключения режима работы системы с неуправляемым шунтированием секций (при коротком замыкании силового ключа) не требуется избыточность силовых ключей.

Система обеспечивает повышение надежности работы за счет исключения короткого замыкания силовых ключей (выжигание предохранителей) при любом порядке шунтирования секций БС, и за счет гарантированного выжигания предохранителей в цепи силового ключа первой секции и в цепи силового ключа предпоследней секции, независимо от возможного изменения тока секций БС, что приводит к увеличению срока службы системы.

Использование изобретения исключает также всякие ограничения на порядок включения и выключения силовых ключей при регулировании мощности генератора постоянного тока, когда требуется обеспечение высокой надежности работы системы при одновременном снижении избыточности силовых ключей. Система обеспечивает высокую функциональную надежность благодаря равномерной эксплуатации секций генератора постоянного тока, что достигается соответствующим принципом включения-выключения силовых ключей. Использование данной системы наиболее эффективно в необслуживаемых, длительного срока службы системах электроснабжения, у которых первичный источник представляет собой многосекционный генератор постоянного тока, типа солнечной батареи, с ограниченной и регулируемой мощностью, так как позволяет автоматически и оперативно исключать короткозамкнутые силовые ключи, шунтирующие секции генератора, что, в свою очередь, исключает увеличение нагрузки на работающие секции, не имеющие избыточности вырабатываемой мощности, и при этом обеспечивает наиболее полное использование вырабатываемой энергии.

Формула изобретения

СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащая регулируемый многосекционный генератор постоянного тока, отдельные секции которого подсоединены параллельно друг другу через развязывающие диоды, последовательно соединенные между собой предохранитель и силовой ключ, подключенные параллельно каждой секции, нагрузку, подключенную между шиной одной полярности, образованной соединением однополярных выводов развязывающих диодов, и шиной другой полярности, являющейся общей для всей системы, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности работы системы и увеличения срока ее службы, в нее дополнительно введены выходной регистр, устройство блокировки, дешифраторы, устройство контроля зашунтированных секций, устройства задержки выдачи сигналов, одновибраторы и блок реле с замыкающими контактами, причем несколько секций с шинами объединены в отдельные группы, в которых замыкающие контакты реле подключены между шинами секций, выходные сигналы от каждой секции групп поступают на групповые входы устройства контроля зашунтированных секций, групповые выходы которого соединены последовательно с первыми индивидуальными входами устройства блокировки, индивидуальные выходы которого соединены с блоком реле через соответствующие цепи последовательно включенных устройства задержки выдачи сигналов и одновибратора, выходы устройства блокировки также соединены с входами выходного регистра, выходы которого подключены к групповым входам дешифраторов и соответственно к каждой группе секций генератора постоянного тока, индивидуальные выходы дешифраторов подсоединены к соответствующим вторым индивидуальным входам устройства блокировки.

РИСУНКИ

Рисунок 1