Устройство для питания нагрузки

Союз Советскнк Соцналнстнческнк РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ р 1736269(22) Заявлено 29 Р 378 121) 2595241/24-07с присоединением заявки Мо(23) ПриоритетОпубликовано 2505,80,Бюллетень Мо 19Дата опубликования описания 260580 Н 02 Х 7/34 Государственный комитет СССР яо делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения Всесоюзный научно-исследовательский институт противопожарной обороны МВД СССР(71) Заявитель УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ НАГРУЗ л е Изобретение относится к устройствам для бесперебойного электропитания нагрузок постоянным током, обеспечивающим длительную работу ре-,зервных батарей из гальваническихэлементов или аккумуляторов, и может найти применение для электропитания различной аппаратуры, например, устройств для тревожной сигнаизации.Известно устройство для питаниянагрузки и заряда аккумуляторныхбатарей, содержащее выпрямитель,дроссель в цепи заряда аккумуляторной батареи и фильтр в цепи питания 15нагрузки, осуществляющие преобразование переменного напряжения в постоянное, аккумуляторную батарею,нагрузку, вентиль и полупроводниковый переключатель, работающий в 20режиме пробоя (1,В устройстве при питании от основного источника переменного напряжения заряд резервной аккумуляторной батареи осуществляется через 25вентиль выпрямленным постоянным напряжением, одновременно этим жнапряжением питается нагрузка иудерживается закрытым полупроводниковым переключатель. При исчезйо- ЗО венки переменного напряжения пробивается полупроводниковый переключатель, например динистор под действием напряжения батареи и это напряжение прикладывается к нагрузке.Таким образом, происходит заряд резервной аккумуляторной батарей и автоматический переход с основного на резервный источник питания и наоборот,Недостатки устройства - заряд аккумуляторной батареи постоянным гоком значительно снижает процент восстановления трупной емкости и стабильность разрядного тока; заряд происходит в непрерывном режиме и аккумуляторная батарея не отключается и не подключается автоматически к источнику переменного напряжения при колебаниях емкости в установленных пределах, что приводит к переэаряду батареи и в итоге к снижению срока службы, надежности ее работы и надежности работы устройства в целом; отсутствие стабилизации зарядного напряжения приводит к колебаниям этого напряжения на зажимах аккумуляторной, батареи в зависимости от колебаний переменно" го напряжения на входе выпрямите ля и в итоге к ухудщению зарядныххарактеристик батареи,Известно также устройство длязаряда аккумуляторных батарей асимметричным током, содержащее источник переменного напряжения, управляемый и неуправляемый преобразователи напряжения, батарею аккумуляторов и Формирователь асимметричного напряжения, состоящий нз зарядной и разрядной цепей 2),Недостатки устройства - при непрерывном режиме регенерации батарея из марганцево-цинковых элементов находится всегда под токэм,чтоприводит к разложению и высыханиюэлектролита, расходу активныхвеществ и в итоге к снижению срокаслужбы и надежности работы," отсутствие стабилизации зарядного нагряжения приводит к колебаниям этогонапряжения на зажимах. батареи измарганцево-цинковых элементов в зависимости от колебаний переменкаго напряжения на выходе источникапеременного напряжения, чтэ уху;.щает зарядные характеристики батареи,Из известных устройств наиболееблизким по технической сущностиявляется устройство для питаниянагрузки, содержащее источник переменного напряжения, первый выходкоторого соединен через преобразователь напряжения со входом нагрузки, и резервную батарею элементов, Преобразователь напряжения состоитт из трансформатора, дву хпол упериодного выпрямителя, сглаживаю"щеГо Фильтра, роль которого выпол -няет резервная батарея элементов,и предназначен для преобразованияпеременного напряжения в постоянное 3). Устройство обеспечивает не -прерывное питание нагрузки, длительную работу гальванических элементов, например, марганцево-цинковых, Резервная батарея элементсвразделена на две секции,При питании от источника пере-менного напряжения в положительныйполупериод заряжается одна секциярезервной батареи, а другая подразряжается через стабилитрон,В отрицательный полупериод заряжается другая, секция резервной батареи, а первая пэдразряжается через тот же стабилитрон, Таким образом, с помощью диодов выпрямителяи стабилитрона формируется асимметричное напряжение регенерации, Нагрузка в это время питается от одной иэ секций, подразряжаемой черезстабилитрон, и зарядного полупернода переменного напряжения на другой секции, Если не работает источник переменного напряжения, то напряжение резервной батареи элементов полностью прикладывается кнагрузке,Бедостатки устройства - при непрерывном режиме регенерации резервная батарея иэ гальванических элементов находится всегда под током, что приводит к разложению и высыханию электролита расходу ахтивных веществ, и в итоге - к снижению срока службы и надежности работы; при непрерывном режиме регенерации возможен перезаряд и выкипание электролита резервной батареи из гальванических элементов; отсутствует стабилизация разрядного псдупериода асимметричного напряжения и при увеличении разрядного пэлупериода увеличивается время восстановления батареи, а при уменьщенни снижается процент восстановления полной емкости; нет автоматчческого отключения резервных батарей эт источника зарядного тока при разряде ниже 50% полной емкости, пр . которой резервные батареи из гальванических злементсз не восстанавливаются..елью изобретения является пэвыщение надежности устройства путемавтоматизации процессов заряда иразряда резервных батарей элементовили аккумуляторов, стабилизации пэлупериэдэв асимметричнсгэ напряжения и улучщения технических возможное."ей данного устройства,Пель достигается тем, что в устройство введены ключевой элемент,селектор интервала напряжений,схема сравнения, ключевой каскад,преобразователь тэка, блок коммутации и формирователь, совмещенный состабилизатором асимметричного напряжения, причем выход преобразователянапряжения подключен к коммутируемому входу ключевого каскада и кпервому входу схемы сравнения, выход которой соединен с управляющимвхэцэм ключевого каскада, выходключевого каскада через преобразователь тока подключен к управляющему входу блока коммутации, а второйвыход источника переменнэгэ напря -жения :ерез формирователь, еэвмещениый сэ стабилизатором асимметричного напряжения, соединен с коммутируемым входом блока коммутации,выход которэго подключен к резервной батарее элементов или аккумуляторов, резервная батарея элементовили аккумуляторов соединена черезселектор интервала напряжений совторым входом схемы сравнения и через ключевой элемент со входом нагрузкиоНа Фиг, 1 представлена структурная схема устройства для бесперебойчого электропитания нагрузки;на Фиг. 2 - принципиальная электрическая схема конкретного выполненияустройства для бесперебойного злектропитания нагрузки, 736269Структурная схема устГойства содержит источник 1 переменного напряжения, преобразователь 2 напряжения,нагрузку 3, ключевой элемент 4, резервную батарею 5 элементов илиаккумуляторов, селектор б интерваланапряжений, схему 7 сравнения, ключевой каскад 8, преобразователь 9тока, блох 10 коммутации и Формирователь 11, совмещенный со стабилизатором а"имметричног напряжения,Переменное напряжение, снимаемоес выхода источника 1 переменногонапряжения, преобразуется преобразователем 2 напряжения в постоянноенапряжение, поступающее для питания нагрузки 3. 15Ключевой элемент 4 отключает резервную батарею 5 элементов илиаккумуляторов от нагрузки 3 навремя питания ее от основного источника, то есть источника 1 переменного напряжения.При исчезновении напряжения отосновного источника ключевой элемент 4 подключает резервную батарею 5 элементов или аккумуляторов 5к нагрузке 3, Емкость резервнойбатареи 5 элементов или аккумулято.ров может стать ниже установленного уровня при работе на нагрузку3 или в результате саморазряда придлительном хранении н обесточенномсостоянии,При восстановлении питания отисточника 1 переменного напряжениянапряжение резервной батареи 5элементов илй аккумуляторов попадает в интервал напряжений, выделяемых селектором б интервала напряжений,Схема 7 сравнения сравниваетэто напряжение с опорным напряжением, поступающим с выхода преобразователя 2 напряжения, и открываетключевой каскад 8, включающий преобразователь 9 тока, который преобразуег ток н управляющий сигнал,разрешающий подключение блоком 10коммутации формирователя 11, совмещенного со стабилизатором асимметричного напряжения, к резервной батарее 5 элементов или аккумуляторов,Формирователь 11, совмещенный состабилизатором асимметричного напряжения, Формирует из синусоидаль"ного напряжения асимметричное напряжение и однонременно стабилизирует оба его полупериода,С момента срабатывания блока10 коммутации начинается процессвосстановления емкости резервнойбатареи 5 элементов или аккумулято" 60ров,В конце процесса регенераций напряжение на резервной батарее 5 элементов или аккумуляторов достигаетуровня, при котором оно не выдели"ется селектором б интервала напряжений, и схема 7 сравнения закрывает ключевой каскад 8, выключающийпреобразонатель 9 тока,Блок 10 коммутации отключаетот резервной батареи 5 элементовили аккумуляторов формирователь 11,совмещенный со стабилизатором асимметричного напряжения. Если резервная батарея из гальванических элементов разрядится ниже 50% полнойемкости, то напряжение батареи выйдет за нижний предел селектора 6интервала напряжений и она такжеотключится от источника зарядногонапряжения, Таким же образом работает устройство при снижении емкости резервной батареи 5 элементов или аккумуляторов н результате саморазряда,Электрическая принципиальная схема устройства состоит из. источника1 переменного напряжения запитывающего через первичную обмотку трансформатора 12 преобразователь напряжения (Фиг, 2),Преобразователь напряжения состоит из вторичной обмотки трансформатора 12, диодов 13-16, выпрямитель- ного моста и конденсатора 17,Постоянное напряжение с выхода преобразователя напряжения поступает на нагрузку 3 и одновременно запирает ключевой элемент, состоящий из диодов 18, препятствуя поступлению напряжения на нагрузку 3 с резервной батареи 19 элементов или аккумуляторон.При исчезновении переменного напряжения напряжение от резервной батареи 19 элементов или аккумуляторон прикладывается к нагрузке 3 через ключевой элемент 18. При восстановлении питания от источника 1 переменного напряжения напряжение резервной батареи 19 элементов или аккумуляторов попадает в интервал напряжений, выделяемых селектором интервала напряжений, который состоит из двух полевых транзисторов 20, 21 с каналами различной прово"димости и имеет вольтамперную характеристику в виде Формы буквы лямб. - да 1, В этом случае схема сравнения, включающая резисторы 22, 23,полевые транзисторы 20, 21 и стабилитрон 24, выдает сигнал рассогласования, открывающий порогрвый. каскад натранзисторах 25, 26, который включает преобразователь тока, состоящий из светодиода 27 оптрона,Светодиод 27 преобразует пороговое значение тока, необходимое для его нормального включения, в свето" вой сигнал, открывающий Фототиристор 28 того же оптрона, входящий вместе с диодами 29-32 н блок коммутации, который подключает выход формирователя, совмещенного со ста 736269билитроном асимметричного напряжения, к резервной батарее 19 элементов или аккумуляторов,.Схема формирователя, совмещенного со стабилизатором асимметричного напряжения, состоит из вторичной обмотки. трансформатора. 12,. резисторов 33, 34 диодов. 35, 36,37, 38 стабилитронов 39, 40,формирование и стабилизация асимметричного напряжения рсуществляются стабилитронами 39, 40 с различными напряжениями стабилизации.Резисторами 33, 34 задается токстабилизации стабилитронов, а диодами 35, 36, 37, 38 разделяются каналы формирования и стабилизации обеих полупериодов асимметричного напряжения. В конце процесса регенерации резервная. батарея .19 элементов или аккумуляторов автоматически отключается от источника зарядного напряжения.Предлагаемое устройство обеспечивает бесперебойное питание нагрузки и автоматическое поддержание наопределенном уровне емкости резервной батареи из марганцево-цинковыхэлементов и повышает срок службыданных элементов в 10 раэ,формула изобретенияУстройство для питания нагрузки, ,содержащее источник переменного напряжения, первый выход которого соединен через преобразователь напряжения со входом нагрузки, и резервную батарею элементов или аккумуляторов, о. т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения надежности устройства н него введеныключевой элемент селектор интервала напряжений, схема сравнения,ключевой каскад, преобразователь тока, блок коммутации и формирователь,совмещенный со стабилизатором асимметричного напряжения, причемвыход преобразователя напряженияподключен к коммутируемому входуключевого каскада и к первому входу схемы сравнения, выход которойсоединен с управляющим входом ключевого каскада, выход ключевогокаскада через преобразователь токаподключен к управляющему входу блока коммутации, а второй выход источника переменного напряжения через формирователь, совмещенный состабилизатором асимметричного на 20 пряжения, соединен с коммутируемымвходом блока коммутации, выход которого подключен к резервной батарее элементов или аккумуляторов,резервная батарея элементов или25 аккумуляторов соединена через селектор интервала напряжений совторым входом схемы сравнения и через ключевой элемент со входом нагрузки,30 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 261509, кл, Н 02 7 9/00, 17,04.68,2, Авторское свидетельство СССР9 404146, кл, Н 02 Т 7/10, 26.10.73,3, Авторское свидетельство СССР9 543090, кл, Н 02 ,7 7/34, 20,03,76,Корректо Зака Патент, г, Ужгород, Ул, Проектная,Филиал П 10 Тира 11 НИИПИ Государ по делам иэ 113035, Москва83енного комит етений и отк -35, Раушска Подпи са СССРтийнаб.д.