Способ кратковременного резервирования электропитания и устройство для его осуществления
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик (») 748666 (63) Дополнительное к asr. свид-ву (22) Заявлено 030178 . (21) 2567927/24-07 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет
Опубликовано 150780. Бюллетень № 26
Дата опубликования описания 180780 (51)М. Кл.
Н 02 Х 9/06
Государственный комитет
СССР по делам изобретений и открытий (S3) УДК 621. 316. . 722. 1 (088. 8) (72) Автор изобретения
В.С. Мальцев (71) Заявитель (54) СПОСОБ КРАТКОВРЕМЕННОГО РЕЗЕРВИРОВАНИЯ
ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ СЕТИ И УСТРОЙСТВО
ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано цля электропитания радиоэлектронной аппаратуры, в частности для электро- " питания устройств передачи данных.
Напряжение постоянного тока при электроснабжении от источника переменного тока чаще всего получают путем статического преобразования переменного тока в постоянный. Устройство, с помощою которого осуществля-ют это преобразование напряжения, на- зывается выпрямителем и в общем виде состоит из трансформатора, вентильного звена и сглаживающего фильт- t5 ра..При централизованном электропитании выпрямителем нескольких потребителей наброс тока, одним из них, вызывает провал выпрямленного напряжения. Кроме того, электроснабжение 20 выпрямителей также подвержено кратковременным перерывам, длительностью
0,02-0,7 сек.
Резервирование напряжения на выходе выпрямителя при его кратковремен- 2з ных перерывах и провалах осуществляют от аккумуляторов энергии. В качестве таких аккумуляторов могут использоваться электрические аккумуляторные .батареи и емкостные накопители.. ЗО
Известен способ кратковременного резервирования электропитания, который заключей в том, что исходя из параметрон нагрузки, ожидаемой длительности перерыва электроснабжения выбирают емкость аккумуляторной батареи и заряжают ее, производят контроль напряжения электропитания, при перерывах электроснабжения подключают к нагрузке резервный источник,аккумуля торную батарею и разряжают ее до минимально допустимого значения напряжения. Устройство, в котором осуществляется этот способ, содержит выпрямитель, электрическую аккумуляторную батарею, устройство контроля и безразрывной коммутации напряжения, соединяющее батарею с. выходом выпрямителя и нагрузкой, а также зарядный выпрямитель (1) .
Однако электрические аккумуляторные батареи требуют обслуживания и специальных условий эксплуатации.
Поэтому применять их для резервирования электропитания готребителей маломощных выпрямителей при перерывах длительностью в десятки и сотки миллисекунд нерентабельно.
Емкостные накопители электрической энергии не требуют. обслуживания и мо748666 гут раэмей(аться в резервируемых выпрямителях. Благодаря этим свойствам, они применяются для кратковременного резервйрования электропитания маломощных потребителей.
Наиболее близким к предлагаемому является способ кратковременного ре- зервирования электропитания, в кото poM в качестве резервного источника йрйМеняют предварительно заряженный емкостный накопитель. Способ состоит в том, что выбирают емкость накопителя или напряжение er"o заряда исходя из параметров нагрузки и ожидаемой длительности перерыва электроснабжения, контролируют электропитание основного источника и измеряют напряжение на нагрузке. При перерыве электроснабжения и снижении напряжения на нагрузке до минимально допустимой величины от нагрузки отделяют емкость фильтра и подклю ают к ней резервный источник, который разряжают с постоянной скоростью. Контролируют напряжение резервного источника и при снижении напряжения до минимально допустимой величины производят его доразряда,для чего емкость накопителя делят на две равные части, включают их последовательно и с той же скоростью разряжают на нагрузку. устройство, в котором осуществляют этот способ, содержит резервный источник, емкостный накопитель, вйход которого через коммутатор и стабилизатор напряжения подключен к нагрузке, реле контроля входного напряжения, основно источник питания, выпрямитель с емкостным фильтром на вылоде, отделенным от нагрузки диодом, и устройство заряда (вспомогательный выпрямитель). Емкостной накопитель состоит из реле контроля напряжения разряда и конденсаторной батареи, разделенной на две части, которые с помощьЮ реле контроля входного напряжения и реле контроля напряжения раз ряда"включаются параллельно и последовательно. Выпрямитель состоит из трансформатора и силового выпрямителя 121 .
Однако изложенный способ кратковременного резервирования электропитания не обеспечивает требуемой скоросФй отдачи энергии накопителем, необходимой для компенсации провалов напряжения на вЫходе источника питаниМ, вызванных набросами тока в однс а,из потребителей выпрямителя.
Этот недостаток объясняется тем, что
"технически реализуемые регулируемые элементы стабилизаторов напряжения непрерывного действия имеют малую нагрузочную способность и большое со противление насыщения.
Цель изобретения — увеличение надежности электропитания путем повышения скорости отдачи энергии вмкост ным накопителем.
Поставленная цель достигается тем, что в способе кратковременного резервирования электрОпитания сети, в которой в качестве резервного источника применен предварительно заряженный емкостной накопитель, а основной источник питания подключен к нагрузке через фильтр, содержащий емкость, заключающемся в том, что выбирают емкость накопителя или напряжение его заряда, исходя из параметров на-, грузки и ожидаемой длительности перерыва электроснабжения, измеряют напряжение на нагрузке и при снижении напряжения на ней до минимально допустимой величины подключают емкостной накопитель, величину заряжаемой емкости фильтра выбирают, исходя из емкости накопителя прямо пропорционально величине разности напряжения заряда накопителя и максимально до20 пустимого напряжения на нагрузке и обратно пропорционально разности максимального и минимального напряжений на нагрузке, при подключении от емкостного накойителя заряжают ем25 кость фильтра и одновременно разряжают его на нагрузку.
В устройство для осуществления способа, содержащее зарядное устройство, подключенный к нагрузке блок контроля напряжения, основной источник питания с емкостным фильтром на выходе, конденсаторная батарея которого отделена оТ нагрузки диодом, и резервный источник питания, выполненный в виде емкостного накопителя и выходом через коммутатор соединенный с нагрузкой, зарядное устройство снабжено стабилизатором напряжения, а емкостной фильтр дополнен второй конденсаторной батареей, соединенной
40 с нагрузкой, при этом величина емкости второй конденсаторной батареи выбрана по формуле: с > с е "" "" - с„, С вЂ” емкость накопителя; Š— напряжение заряда накопителя; 50 U o,„, — максимально допустимое найряжение на нагрузке; U — минимально допустимое наМин, пряжение на нагрузке; С н — емкость нагрузки. 55 Кроме того, в устройстве коммутатор выполнен на тиристоре. Кратковременное резервирование электропитания сети производят следующим образом. ф0 Задаются, например, величиной напряжения заряда накопителя, далее по .ожидаемой длйтельности перерыва электроснабженйя "t, параметрами нагрузки (средней мощности в нагрузке в период резервирования Р и напряжениям 0 О„, 748666 20 U, „) определяют емкость накопителя по формуле: (E-О; „ПО „чО „„Т Определяют по формуле (1) величину заряжаемой емкости фильтра. Заря-,. жают емкостной накопитель и измеряют напряжение на нагрузке. При снижении напряжении на нагрузке до минимально допустимой величины подключают накопитель к эаряжаемой емкости фильтра и нагрузке, при этом весь избыток энергии резервного источника (эа вычетом потерь энергии при дозаряде, независящих от импеданса разрядной цепи) через время, определяемое постоянной времени цепи заряда емкости фильтра, подается на нагрузку. Таким образом, повышенное напряжение накопителя с помощью заряжаемой емкости фильтра преобразуется в допустимое значение напряжения заряда накопителя и фильтра, подключенных ппраллельно к нагрузке и раэряжающихся на нее до минимально допустимого значения напряжения. При необходимости производят доразряд накопителя путем деления его емкости на две равные части, включения последовательно указанных частей накопителя, разряда их на нагрузку и заряжаемую емкость фильтра, которая в этом случае должна удовлетворять выражению: ) 1 Д 20мин- 01С () С ъ, С Возможна иная последовательность выбора параметров накопителя, когда по известной емкости заряжаемого фильтра определяется либо емкость накопителя, либо напряжение его заряда. 40 На чертеже дана функциональная схема устройства для осуществления предложенного способа кратковременного резервирования электропитания. Устройство содержит основной источник 1 питания, емкостный фильтр 2, блок 3 контроля напряжения, нагрузку 4, емкостный накопитель 5, комму- татор 6, разрядный резистор 7, конденсаторную батарею 8, вторую конденсаторную батарею 9, тиристор 10, диод 11, зарядное устройство 12. К выходу основного источника 1 питания подключены емкостный фильтр 2, блок 3 контроля напряжений и нагрузка 4. Выход емкостного накопителя 5 через исполнительную цепь коммутато" -ра 6 и разрядный резистор 7 подключен к емкостному фильтру 2. Цепь управления коммутатора б соединена с выходом блока 3 контроля напряжения. 60 Емкостной фильтр 2 состоит из конденсаторной батареи 8, подключенной к выходу основного источника питания 1, второй конденсаторной батареи 9, выбранной по формуле 1 и подключен6 ной к блоку 3 контроля напряжения, к нагрузке 4 и исполнительной цепи коммутатора 6, выполненного на тиристоре 10. Конденсаторная батарея 8 отделена от второй конденсаторной батареи 9 диодом 11, включенным в проводящем направлении. Зарядное устройство 12 снабжено стабилизатором напряжения и подключено ко входу узла емкостного накопителя 5. При пропадании электроснабжения основного источника 1 питания или кратковременных набросах тока в нагрузке 4 напряжение на емкостном фильтре 2 начинает снижаться. По достижении напряжения на нагрузке 4 минимально допустимого значения блок 3 контроля напряжения включает коммутатор 6. В результате чего, емкостной накопитель 5 через разрядный резистор 7 разряжается на вторую конденсаторную батарею 9 и нагрузку 4. На первой быстротечной стадии разряда напряжение на нагрузке 4 возрастает с минимально допустимого до максимально допустимого значения, если снижение .напряжения было вызвано перерывом электроснабжения основного источника 1 питания. Если же первоначальное снижение напряжения было вызвано набросом тока в нагрузке 4, то начинает играть свою роль снижение выходного .сопро.тивления основного источника питания 1, вызванное подключением заряженно-го емкостного накопителя 5. Так напряжение на нагрузке 4 либо сохраняется на минимально допустимом уровне, если скорости наброса тока и разряда в нагрузке 4 равны, либо начинает возрастать, если скорость тока разряда в нагрузке 4 будет превышать скорость наброса тока. Скорость тока, разряда можно изменять выбором велиI чины сопротивления разрядного резис" тора 7. На второй стадии разряда емкостного накопителя 5 напряжение на нагрузке 4 спадает с максимального значения до минимально допустимого значения. Вторая стадия разряда определяет в основном длительность резерви.рования и характеризуется разрядом :емкостного накопителя 5 и второй конденсаторной батареи 9 на нагрузку 4 ° Если емкость второй конденсаторной батареи 9 превышает емкость, определенную по выражению (1), например, для упрощения устройства исключают диод 11, а батареи 8 и 9 включают параллельно, то напряжение на нагрузке 4 на первой стадии разряда не достигнет максимального значения и увеличатся потери энергии при заряде емкостного фильтра 2. В результате длительность второй стадии разряда упадет. 748666 Коммутатор 6 может быть выполнен, например, на тиристоре 10. Если при разряде емкостного накопителя 5 ток через тиристор 10 достигает значения его тока выключения, то коммутатор 6 отключает емкостной накопитель 5. B этом случае ток в нагрузке 4 поддерживается за счет разряда заряженной второй конденсаторной батареи 9. При мйнймально допустимом значении напряжения на нагрузке 4 блок контроля на- () пряжения 3 повторно включает тиристор 10 и зарядно-разрядный цикл про" цесса резервирования повторяется вновь. При этом амплитуда импульса напряжения на нагрузке 4 и длитель-. ность каждого цикла уменьшаются от цикла к циклу, если в процессе резервирования емкостной накопитель 5 не дбзаряжается (или заряжается малым током). В случае уменьшения средней мощности в нагрузке 4 указанное свойство позволяет сократить глубину разряда емкостного накопителя 5. Дозаряжаемая емкость может вхо дить в" состав однозвенных и многозвенных LC и й/С сглаживающих фильтров источника питания C кратковременным резервированием. Предложенный способ кратковремен ного резервирования электропитания позволяет реализовать разрядную цепь ЗО .на элементах, имеющих в 10-100 раз большую цикловую нагрузочную способность (коммутатор на тиристоре и разрядный резистор, роль которого могут выполнять провода монтажа), чем у зле-35 мента разрядной цепи прототипа (коммутатор и работающий в активном режиме транзистор стабилизатора напряжения непрерывного действия). Благодаря этому в несколько раз может быть 4g увеличена скорость отдачи энергии в нагрузку емкостным накопителем, отпадает необходимость в применении стабилизатора напряжения в разрядной цепи. 45 Формула изобретения 1. Способ кратковременного резервирования электропитания сети, в которой в качестве резервного источника применен предварительно заряженный емкостной накопитель, а основной источник питания подключен к нагрузке через фильтр, содержащий емкость, заключающийся в том, что выбжрают емкость накопителя или напряжение его заряда; исходя иэ параметров нагрузки и ожидаемой длительности перерыва электроснабжения, измеряют напряжение на нагрузке и при снижении напряжения на ней до минимально допустимой величины подключают емкостной накопитель, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения надежности электропитания путем повышения скорости отдачи энергии емкостным накопителем, величину, заряжаемой емкости фильтра выбирают, исходя из емкости, накопителя прямо пропорционально величине разности напряжения заряда накопителя и максимально допустимого напряжения на нагрузке и обратно пропорционально разности максимального и минимального напряжений на нагрузке, при подключении от емкостного накопителя заряжают емкость фильтра и одновременно разряжают его на нагрузку. 2. Устройство для осуществления способа по и. 1, содержащее зарядное устройство, подключенный к нагрузке блок контроля напряжения, основной источник питания с емкостным фильтром на выходе, конденсаторная батарея которого отделена от нагрузки диодом, и резервный источник питания, выполненный в виде емкостного накопителя и выходом через коммутатор соединенный с нагрузкой, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что зарядное устройство снабжено стабилизатором напряжения, а емкосткой фильтр дополнен второй конденсаторной батареей, соединенной с нагрузкой, при этом величина емкости второй конденсаторной батареи выбрана по формуле где С вЂ” емкость второй конденсаторпой батареи; С вЂ” емкость накопителя; E — напряжение заряда накопителя, 9 0 с,„ — максимально допустимое напряжение на нагрузке; U z — минимально допустимое напряжение на нагрузке; Сн — емкость нагрузки. 3. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что коммутатор выполнен на тиристоре. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Катаев В.Е. и др. Электропитание устройств связи. Под ред. Китаева. Учебник для ВУЗов. М., "Связь", 1975, с. 279-280, рис. 13.4 и 13.5 ° 2. Авторское свидетельство СССР Р 513358, кл. G 05 F .1/62, 1973 (прототип). 748666 Тираж 783 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Заказ 4379/17 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Составитель F. Дамская Редактор Г. Волкова Техред Я.иир ак . Корректор И. Муска
