Способ кратковременного резервирования электропитания и устройство для его осуществления

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 030178 . (21) 2567927/24-07с присоединением заявки Мо(5)М. Кл. Н 02 Х 9/06 Государственный комитет СССР по делам изобретениИ и открытий(54) СПОСОБ КРАТКОВРЕМЕННОГО РЕЗЕРВИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ СЕТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано цля электропитания радиоэлектронной аппаратуры, в частности для электропитания устройств передачи данных. 5Напряжение 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 фильтра.,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 выхо" де выпрямителяпри его кратковремен ных перерывах и провалах осуществляют от аккумуляторов энергии. В качестве таких аккумуляторовмогут использоваться электрические аккумуляторные .батареи и емкостные накопители ЗО 2Известен 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,аккумуляторную 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 мо"гут раэмещаться в резервируемых выпрямителях. Благодаря этим свойствам,они применяются для кратковременногорезеРвйрования электропитания маломощных потребителей,Наиболее близким к предлагаемомуявляется способ кратковременного ре-зервирования электропитания, в кото ром вкачестве резервного источникайрйМеняют предварительно заряженныйемкостный накопитель. Способ состоитв том, что выбирают емкость накопителя или напряжение его заряда исходяиз параметров нагрузки и ожидаемойдлительности перерыва электроснабжения,контролируют электропитание основного источника и измеряют напряжение на нагрузке. При перерывеэлектроснабжения и снижении напряженияна нагрузке до минимально допустимой величины от нагрузки отделяютемкость фильтра и подклю,ают к нейрезервный источник, который разряжают с постоянной скоростью. Контролируют напряжение резервного источника и при снижении напряжения"до минимально допустимой величины производят его доразряда,для чего емкостьнакопителя делят на две равные части,включают их последовательно и с тойже скоростью разряжают на нагрузку.устройство, в котором осуществляютэтот способ, содержит резервный источник, емкостный накопитель, вйходкоторого через коммутатор и стабилизатор напряжения подключен к нагрузке, реле контроля входного напряже"ния, основной источник питания, выпрямитель с емкостным фильтром на вылоде, отделенным от нагрузки диодом,и устройство заряда (вспомогательныйвыпрямитель). Емкостной накопительсостоит из реле контроля напряженияразряда и конденсаторной батареи,разделенной на две части, которые спомощью реле контроля входного напряжения и реле контроля напряжения разряда"включаются параллельно и последовательно. Выпрямитель состоитиз трансформатора и силового выпрямителя 21 .Однако изложенный способкратковременного резервирования электропитания не обеспечивает требуемой скоростй"отдачи энергии накопителем,необходимой для компенсации проваловнапряжения на вЫходе источника питаниМ, вызванных набросами тока в однс 4 ю,из потребителей выпрямителя.Этотнедостаток объясняется тем, что"технически реализуемые регулируемыеэлементы стабилизаторов напряжениянепрерывного действия имеют малуюнагрузочную способность и большое сопротивление насыщения.Цель изобретения - увеличение надежности электропитания путем повышения скорости отдачи энергии вмкостным накопителем. Поставленная цель достигается тем,что в способе кратковременного резервирования электрОпитания сети, в которой н качестве резервного источника применен предварительно заряженный емкостной накопитель, а основнойисточникпитания подключен к нагрузке через фильтр, содержащий емкость,заключающемся в том, что выбираютемкость накопителя или напряжениеего заряда,исходя из параметров на-,грузки и ожидаемой длительности перерыва электроснабжения, измеряют напряжение на нагрузке и при снижениинапряжения на ней до минимально допустимой величины подключают емкост 15 ной накопитель, величину заряжаемойемкости фильтра выбирают, исходя иземкости накопителя прямо пропорционально величине разности напряжениязаряда накопителя и максимально до 20 пустимого напряжения на нагрузке иобратно пропорционально разностимаксимального и минимального напряжений на нагрузке, при подключении отемкостного накойителя заряжают ем 25 кость фильтра и одновременно разряжают его на нагрузку.В устройство для осуществленияспособа, содержащее зарядное устройство, подключенный к нагрузке блокконтроля напряжения, основной источник питания с емкостным фильтром навыходе, конденсаторная батарея которого отделена от нагрузки диодом, ирезервный источник питания, выполненный в виде емкостного накопителяи выходом через коммутатор соединенный с нагрузкой, зарядное устройствоснабжено стабилизатором напряжения,а емкостной фильтр дополнен второйконденсаторной батареей, соединенной40 с нагрузкой, при этом величина емкости второй конденсаторной батареи выбрана по формуле:с с е о" - с, (1)РъГ"МОК-."МИННф45 где С - емкость второй конденсасъ,торной батареи;С - емкость накопителя;Е - напряжение заряда накопителя;50 Омо вмаксимально допустимое напряжение на нагрузке;Ом - минимально допустимое наМин,пряжение на нагрузке;С н - емкость нагрузки.55 Кроме того, в устройстве коммутатор выполнен на тиристоре.Кратковременное резервированиеэлектропитания сети производят следующим образом.60 Задаются, например, величиной напряжения заряда накопителя, далее по.ожидаемой длйтельности перерыва электроснабженйя с, параметрами нагрузки748666 10 20 30 О,л) определяют емкость накопителя по формуле; к -имУТц.С,.Г 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 фильтраи нагрузке, при этом весь избытокэнергии резервного источника (эа вычетом потерь энергии при дозаряде,независящих от импеданса разряднойцепи) через время, определяемое постоянной времени цепи заряда емкости фильтра, подается на нагрузку. Таким образом, повышенноенапряжение накопителя с помощью заряжаемой емкостифильтра преобразуется в допустимоезначение 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;12 Ою- О( )Возможна иная последовательность выбора параметров накопителя, когда по известной емкости заряжаемого фильтра определяется либо емкость накопителя, либо напряжение его заряда. 40На чертеже дана функциональная схема устройства для осуществления предложенного способа кратковременного резервирования электропитания.Устройство содержит основной ис точник 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 напряжения и нагрузка 4, Выход емкостного накопителя 5 55 через исполнительную цепь коммутато" ра б и разрядный резистор 7 подключен к емкостному Фильтру 2. Цепь управления коммутатора 6 соединена с выходом блока 3 контроля напряжения. 60Емкостной фильтр 2 состоит из конденсаторной батареи 8, подключенной к выходу основного источника питания1, второй конденсаторной батареи 9,выбранной по Формуле 1 и подключен 6ной к блоку 3 контроля напряжения, к нагрузке 4 и исполнительной цепи ком-мутатора б, 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. Врезультате 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 возрас" тает 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 заряженного 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 величины 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 4Если 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.Коммутатор б может быть"выполнен, например, на тиристоре 10. Если при разряде емкостного накопителя 5 ток через тиристор 10 достигает значения его тока выключения, то коммутатор б отключает емкостной накопитель 5. Б 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- о пряжения 3 повторно включает тиристор 10 и зарядно-разрядный цикл про" цесса резервирования повторяется вновь. При этом амплитуда импульсанапряжения на нагрузке 4 и длительность каждого цикла уменьшаются от цикла к циклу, если в процессе резервирования емкостной накопитель 5 не дбзаряжается или заряжается малымтоком), В случае уменьшения средней мощности в нагрузке 4 указанное свойство позволяет сократить глубину разряда емкостного накопителя 5.Дозаряжаемая емкость может входить в" состав однозвенных и многозвенных С и В/С сглаживающих фильтров источника питания с кратковременным резервированием.Предложенный способ кратковременного резервирования электропитания позволяет реализовать разрядную цепь ЗО.на элементах, имеющих в 10-100 разбольшую цикловую нагрузочную способность (коммутатор на тиристоре и разрядный резистор, роль которого могутвыполнять провода монтажа), чем у зле мента разрядной цепи прототипа (коммутатор и работающий в активном режиме транзистор стабилизатора напряжения непрерывного действия), Благодаря этому в несколько раз может быть 4 Оувеличена скорость отдачи энергии внагрузку емкостным накопителем, отпадает необходимость в применениистабилизатора напряжения в разряднойцепи. 45Формула изобретения1. 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 ем-.кость, заключающийся в том, что выбВрают емкость накопителя или напряжение его заряда; исходя иэ параметров нагрузки и ожидаемой длительности перерыва электроснабжения, измеряют напряжение на нагрузке и приснижении напряжения на ней до минимально допустимой величины подключают емкостной накопитель, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюувеличения надежности электропитанияпутем повышения скорости отдачи энергии емкостным накопителем, величину,заряжаемой емкости фильтра выбирают,исходя из емкости, накопителя прямопропорционально величине разности напряжения заряда накопителя и максимально допустимого напряжения на нагрузке и обратно пропорционально разности максимального и минимальногонапряжений на нагрузке, при подключении от емкостного накопителя заряжают емкость фильтра и одновременноразряжают его на нагрузку.2. Устройство для осуществленияспособа по и. 1, содержащее зарядноеустройство, подключенный к нагрузкеблок контроля напряжения, основной источник питания с емкостным фильтромна выходе, конденсаторная батареякоторого отделена от нагрузки диодом,и резервный источник питания, выполненный в виде емкостного накопителяи выходом через коммутатор соединенный с нагрузкой, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что зарядное устройствоснабжено стабилизатором напряжения,а емкосткой фильтр дополнен второйконденсаторной батареей, соединеннойс нагрузкой, при этом величина емкости второй конденсаторной батареи выбрана по ФормулефМаксгде С - емкость второй конденсаторной батареи;- емкость накопителя;- напряжение заряда накопителя,90 д - максимально допустимое напряжение на нагрузке;О и - 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 коммутаторвыполнен на тиристоре.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. 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 СССРР 513358, кл. 6 05 Г .1/б 2, 1973748666 Составитель Р. Дамская.ор Г. Волкова Техред Я,БирчакКорректор И. Мускащ ФЖФ Заказ 79/17 Филиал ППП фПатентф, г. Ужгород, ул. Проектная,78 суд ам и ва, Тираж ЦНИИПИ Р по дел 3035, Моственно ретени 35, Ра Подписное комитета СССР открытий кая наб д.