Устройство гарантированного электропитания низковольтных сильноточных потребителей постоянного тока с автоматическим включением быстродействующего резерва

 

Относится к области электротехники и может быть использовано для питания потребителей постоянного тока категории 1-А при высоких требованиях к качеству электроэнергии и радиационной стойкости. Устройство содержит сетевой преобразователь, систему резервного электропитания, подключенные через развязывающие диоды на шины гарантированного питания (ШГП), емкостный накопитель энергии с развязывающим диодом, обеспечивающие качество электроэнергии на ШГП при коммутационных процессах в нагрузке и источниках питания. Устройство также содержит размыкающие и замыкающие контакты, зарядное сопротивление. Технический результат - повышение надежности и качества электроснабжения при коммутации в устройстве электропитания и нагрузке, улучшение массогабаритных характеристик устройства. 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для питания потребителей постоянного тока категории 1-A при высоких требованиях к качеству электроэнергии (ЭЭ).

Известно устройство для гарантированного электропитания сильноточного низковольтного потребителя постоянного тока, содержащее сетевой преобразователь, быстродействующую систему резервного электропитания (аккумуляторные батареи), разделительные диоды отделяющие их от нагрузки [1].

Недостатки известного устройства: при отказе основного источника ЭЭ (ИЭЭ) или сетевого преобразователя время работы нагрузки от аккумуляторных батарей (АБ) незначительно и переход питания нагрузки с сети на АБ, и наоборот, сопровождается скачком напряжения на шинах гарантированного питания (ШГП).

Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является выбранное в качестве прототипа устройство для гарантированного электропитания потребителя постоянного тока [2], содержащее преобразователь напряжения сети в постоянное напряжение, систему быстродействующего резервного электропитания, буферную АБ работающие на ШГП через разделительные диоды.

Недостатки прототипа следующие. Во время перехода с сети на резервный ИЭЭ возможно ухудшение качества ЭЭ за счет разницы напряжении сети, АБ и системы резервного электропитания. Если время по приведению в рабочее состояние резервного источника составляет доли секунды или единицы секунды, то использование буферных АБ значительно усложняет устройство и ухудшает его массогабаритные характеристики.

Целью изобретения является повышение надежности и качества электроснабжения при коммутации в устройстве электропитания и нагрузке, улучшение массогабаритных характеристик устройства.

Указанная цель достигается тем, что из устройства для электропитания сильноточной низковольтной нагрузки постоянного тока, содержащего преобразователь ЭЭ сети в постоянное напряжение, быстродействующую систему резервного электропитания, подключенные через преобразователь и разделительные диоды на ШГП, исключены АБ, находящаяся в буферном режиме работы и ее разделительный диод, оно снабжено дополнительно емкостным накопителем ЭЭ (ЕНЭ), включающим размыкающий контакт, соединяющий одним выводом 1-й вывод зарядного резистора, а другим выводом выход сетевого преобразователя до разделительного диода, замыкающий контакт, соединяющий одним выводом выход резервной системы электропитания до разделительного диода, а другим выводом 1-й вывод зарядного резистора, зарядный резистор другим выводом подключен к точке соединения ЕНЭ и его разделительного диода.

Примеры технической реализации системы управления контактами рассмотрены в [1, 2].

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленное устройство отличается наличием новых элементов: ЕНЭ, зарядного резистора, размыкающего и замыкающего контактов, исключением буферной АБ и ее разделительного диода.

Таким образом, заявленное устройство соответствует критерию изобретения "новизна". Сравнение заявленного решения с другими техническими решениями показывает, что известны устройства гарантированного электропитания потребителей постоянного тока с быстродействующими резервными ИЭЭ, подключенными через преобразователи и разделительные диоды на ШГП [2], однако при введении ЕНЭ и их цепей заряда в указанные связи с остальными элементами, исключение буферной АБ и ее раздельного диода в заявляемом устройстве для электропитания потребителей постоянного тока 1-A категории, вышеуказанное устройство проявляет новые свойства, реализующие цель.

Поиск технических решений в смежных и других областях техники выявил уникальность отличительных признаков заявляемого технического решения, что соответствует критерию "изобретательской уровень". На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема устройства гарантированного электропитания потребителей постоянного тока, где; 1 - сетевой преобразователь; 2 - система резервного электропитания; 3 - разделительные диоды сетевого преобразователя и системы резервного электропитания; 4 - шины гарантированного питания; 5 - емкостный накопитель энергии; 6 - разделительный диод емкостного накопителя энергии; 7 - зарядный резистор; 8 - размыкающий контакт; 9 - замыкающий контакт.

Устройство работает следующим образом. При наличии напряжения сети работает сетевой преобразователь 1, напряжение которого через разделительный диод 3 поступает на шины гарантированного питания 4, к которым подключены потребители постоянного тока. При этом емкостной накопитель энергии 5 заряжается через зарядный резистор 7 и размыкающий контакт 8 до напряжения сетевого преобразователя 1, напряжение на шинах гарантированного питания 4 в этом случае определяется по формуле
U_o= U₁-ΔU₃, (1)
где U₀ - напряжение на шинах гарантированного питания;
U₁ - напряжение на выходе сетевого преобразователя 1;
ΔU₃ - - падение напряжения на разделительном диоде 3 сетевого преобразователя 1.

При отказе сетевого преобразователя 1 по каким-либо причинам начинает разряжаться емкостный накопитель энергии 5 через разделительный диод 6 на шины гарантированного питания 4, при этом напряжение на ШГП изменяется по закону:
U_o= U₁·exp[-t/(R_н·C)]-ΔU₆, (2)
где R_н - сопротивление нагрузки;
C - емкость ЕНЭ;
t - текущее время;
ΔU₆ - - падение напряжения на разделительном диоде 6 ЕНЭ,
а так как то провалы напряжения на ШГП отсутствуют. Время разряда ЕНЭ определяется временем выхода на рабочий режим системы резервного электропитания 2, по готовности к работе которой размыкается размыкающий контакт 8 и замыкания замыкающий контакт 9, при этом электрическая энергия системы резервного электропитания 2 поступает через разделительный диод 3 на шины гарантированного питания 1 и на заряд емкостного накопителя энергии 5, а напряжение на шинах гарантированного питания 4 определяется равенством
U_o= U₂-ΔU₃, (3)
U₂ - напряжение системы резервного электропитания;
ΔU₃ - - падение напряжения на разделительном диоде 3 данной системы 2.

Поскольку величины U₀, U₁ и U₂ согласованы, а разделительные диоды сетевого преобразователя 1 и системы резервного электропитания 2 имеют идентичные вольтамперные характеристики, то напряжение на шинах гарантированного питания плавно изменяется при любом числе переключений в устройстве.

При восстановлении сетевого преобразователя 1 происходит замыкание размыкающего контакта 8, размыкание замыкающего контакта 9 и электрическая энергия сетевого преобразователя 1 распределяется по описанным в исходном режиме целям.

Список использованной литературы
1. Розанов Ю.К. Основы силовой электроники. - M.: Энергоатомиздат, 1992, рис. 6.8 (а).

2. Китаев В.Е. и др. Расчет источников электропитания устройств связи. Учебн. пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1993, рис. 6.4а

Формула изобретения

Устройство для гарантированного электропитания низковольтных сильноточных потребителей постоянного тока с автоматическим включением быстродействующего резерва, содержащее сетевой преобразователь, систему резервного электропитания, подключенные через разделительные диоды на шины гарантированного питания, отличающееся тем, что оно снабжено емкостным накопителем энергии, подключенным через разделительный диод на шины гарантированного питания зарядовыми цепями емкостного накопителя энергии, причем зарядный резистор одним выводом подключен к точке соединения емкостного накопителя энергии и его разделительного диода, а другим выводом - к точке соединения размыкающего и замыкающего контактов, второй вывод размыкающего контакта подключен к точке соединения сетевого преобразователя и его разделительного диода, а второй вывод замыкающего контакта - к точке соединения системы резервного электропитания с ее разделительным диодом.

РИСУНКИ

Рисунок 1