Устройство автоматического резервирования питания нагрузки.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИ 9 РЕСПУБЛИК 9) (1))5 Н 023 9/06 ОПИС ВУ ектно- зиро- ортом ский и пр т автома ия трэн юков, В,Г.ЕрВ,Г.ШепельСССР88. вьян и ьство /06, 1 ьство /06, 1 ьство СС.С987.ССС987,ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Научно-исследоватконструкторский инстванных систем управлгаза(54) УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕЗЕРВИРОВАНИЯ ПИТАНИЯ НАГРУЗКИ (57) Назначение: изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для питания ответственных потребителей, например, устройство автоматики и вычислительной техники. Сущность изобретения; устройствО автоматического резервирования питания нагрузки содержит шины первого источника питания 1-1 и 1-2, шины второго источника питания 2-1 и 2 - 2, элемент ИЛИ 17, выходные шины 24 - 1 и 24-2. В устройство введен входной трансформатор 3 с первичной обмоткой 4 и вторичными обмотками 5, 6 и 7, входной трансформатор 8 с первичной обмоткой 9 и вторичными1793516 проходят обе полуволны переменного напряжения - положительная по обмотке 20, отрицательная по обмотке 21, и во вторичной обмотке 22 трансформатора 19 наводится полный период переменного напряжения, 4 ил,обмотками 10, 11 и 12, ключи 13, 14, 15 и 16, второй элемент ИЛИ 18, выходной транс форматор 19 с первичными обмотками 20 и 21 и вторичной обмоткой 22 и фильтр 23. За период напряжения на шинах 1-1 и 1-2 в первичных обмотках трансформатора 19 5 10 15 20 25 30 и с замыкающимся выводом контакта второго реле напряжения, замыкающийся вывод контакта реле контроля исправности контактора включения основного источника питания и размыкающийся вывод 35 блок-контакта контактора включения резервного источника питания соединены между собой и с первой фазой основного источника питания. замыкающиеся выводы первого, второго и третьего контактов кон 40 тактора включения основного источника питания подключены соответственно к первой, второй и третьей фазам основного источника питания, первый вывод контактора включения резервного источника пита 45 ния подключен к размыкающемуся выводу контакта промежуточного реле. неподвижный вывод которого соединен с размыкающимся выводом блок-контакта контактора мителей, выход последнего выходного включения основного источника питания. Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для питания ответственных потребителей, например, устройств автоматики и вычислительной техники,.Известен стабилизированный источник электропитания с резервированием; содержащий источник переменного напряжения, сетевой выпрямитель с фильтром, первый управляемый инвертор, к первому и второму входам которого подключены выходы сетевого выпрямителя с фильтром, датчик напряжения, входы которого соединены с источником переменного напряжения и с выходами сетевого выпрямителя с фильтром; компаратор, к первому входу которого подключен выход датчика напряжения, а ко второму - напряжение установленной величины, триггер, информационный вход которого соединен с выходом компаратора, первый элемент И, к первому входу которого подключен единичный выход триггера, схему управления, первый вход которой соединен с источником опорного напряжения, задающий генератор, выход которого подключен к тактовому входу триггера и ко второму входу схемы управления, аккумуляторную батарею. второй управляемый инвертор, первый и второй входы которого соединены с аккумуляторной батареей, второй элемент И, к первому входу которого подключен нулевой выход триггера, третий вход первого управляемого инвертора соединен с выходом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом схемы управления и со вторым входом второго элемента И, выход которого подключен к третьему входу второго управляемого инвертора, выходной трансформатор. первая первичная обмотка которого соединена с выходами первого управляемого инвертора, а вторая первичйая обмотка - с выходами второго управляемого инвертора, выходные выпрямители, к каждому из которых подключена соответствующая вторичная обмотка выходного трансформатора, выходные шины, которые соединены с выходами соответствующих выходных выпрявыпрямителя подключен к третьему входу схемы управления.Известно устройство автоматического включения резерва, содержащее основной и резервный источники питания, первое реле напряжения, которое подключено к первой и второй фазам основного источника питания, второе реле напряжения, которое подключено ко второй и третьей фазам основного источника питания, контактор включения основного источника питания, реле контроля исправности контактора включения основного источника питания, вторые выходы обмоток которых соединены со второй фазой основного источника питания, контактор включения резервного источника питания, промежуточное реле, вторые выводы которых подключены к первой фазе резервного источника питания, неподвижный вывод контакта второго реле напряжения соединен с первыми выводами контактора включения основного источника питания и реле контроля исправности контактора включения основного источника питания; неподвижные выводы контакта реле контроля исправности контактора включения основного источника питания и блок- контакта контактора включения резервного источника питания соединены между собойпервый вывод промежуточного реле подключения к размыкающемуся выводу контакта реле контроля исправности контактора включения основного источника питания, неподвижный вывод которого соединен с замыкающимся выводОм второго реле напряжения, неподвижный вывод которого подключен к замыкающемуся выводу контакта первого реле напряжения, неподвижный вывод которого соединен с неподвижным контактом блок-контакта контактора включения основного источника питания и со второй фазой резервного источника питания, первая, вторая и третья фазы которого подключены к замыкающимся выводам соответственно первого, второго и третьего контактов контактора включения резервного источника питания, неподвижные выводы которых соединены с неподвижными выводами соответственно первого, второго и третьего контактов контактора включения основного источника питания и с первой, второй и третьей соответственно шинами гарантированного питания,Наиболее близким по технической сущности является устройство автоматического резервирования питания нагрузки, содержащее основной и резервный источники питания. имеющие общую шину с нагрузкой, поляризованное реле. элемент ИЛИ, состоящий из двух диодов, анод первого из которых подключен к первому выводу второй обмотки поляризованного реле, второй вывод первой обмотки которого соединен с анодом второго диода, катод которого соединен с катодом первого диода, с неподвижным,контактом поляризованного реле и с первым выводом нагрузки, второй вывод которой подключен к общей шине, полюс основного источника питания соединен с первым выводом первой обмотки и с первым неподвижным контактом поляризованного реле, полюс резервного источника питания подклюцен ко второму выводу второй обмотки и ко второму неподвижному контакту поляризованного реле.Недостатком данного устройства является невысокая надежность питания нагрузки, т,е, при переключении источников происходит кратковременное отключение нагрузки от сети.Целью изобретения является повышение надежности питания нагрузки, путем переключения источников питания без прерывания питания нагрузки.Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство автоматического резервирования питания нагрузки, содержащее входные шины первого источникапитания, входные шины второго источника питания, первый элемент ИЛИ, выходные шины, введены первый и второй входные трансформаторы, каждый с первичной и тремя вторичными обмотками, первый, второй, третий и четвертый ключи, второй элемент ИЛИ, фильтр и выходной трансформатор, с двумя первичными и вторичной обмотками. вторичная обмотка которого подключена через фильтр к выходным шинам, входные шины первого источника питания соединены с первичной обмоткой первого входного трансформатора" ,выводы первой вторичной обмотки которого под 5 10 15 ключены к первому и второму управляющим входам третьего ключа, выход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к началу второй первичной обмотки выходного 20 трансформатора, конец которой соединен с концом третьей вторичной обмотки второго .входного трансформатора, с концом"первойпервичной обмотки выходного трансформатора и с концом третьей вторичной обмотки первого входного трансформатора, начало которой подключено к третьему силовому входу третьего ключа и к третьему силовому входу первого ключа. первый и второй управляющие входы которого соединены с вы 25 30 водами второй вторицной обмотки первого входного трансформатора, выход первого клюца подключен к первому входу первогоэлемента ИЛИ, выход которого соединен с началом первой первичной обмотки выход 35 ного трансформатора, ко второму входу первого элемента ИЛИ подключен выход четвертого ключа, третий силовой входкоторого соединен с началом третьей вторичной обмотки второго входного трансформатора 40 и с третьим силовь 1 м входом второго ключа, выход которого подключен ко второму входу второго элемента ИЛИ, первый и второй управляющие входы второго ключа соединены с выводами второй вторичной обмотки 45 второго входного трансформатора, выводы первой вторичной обмотки которого соеди-. нены, с первым и вторым управляющими входами четвертого ключа, входные шины второго источника питания подключены к 50 первичной обмотке второго входного трансформатора,На фиг.1 представлена функциональнаясхема устройства автоматического резерви рования питания нагрузки; на фиг,2 - пример выполнения ключей 13 и 14; на фиг.3 - пример выполнения кЛючей 15 и 16 при выполнении ключей 13, 14, 15 и 16 на разно. полярных транзисторах; на фиг,4 - примервыполнения ключей 15 и 16 при выполненииключей 13, 14, 15 и 16 на однопалярныхЭлемент ИЛИ 17 содержит диод 25,транзисторах(например, типа П - Р-П), анод которого подключен к первому входуэлемента ИЛИ 17. диод 26, катод которогоУстройство автоматического резерви- соединен с катодом диода 25 и с выходомрования питания нагрузки содержит шины 5 элемента ИЛИ 17, второй вход которого сопервого источника питания 1-1 и 1-2, шины единен с анодом диода 26.второго источйика питания 2-1 и 2 - 2, пер- Элемент ИЛИ 18 содержит диод 27, кавый входной трансформатор 3 с первичной тод которого подключен к первому входуобмоткой 4 и первой 5, второй 6 и третьей 7 элемента ИЛИ 18, диод 28, анод котороговторичными обмотками, второй входйой 10 соединен с Онодом диода 27 и с выходомтрансформатор 8 и с первичной обмоткой 9 элемента ИЛИ 18, второй вход которого поди йервой 10, второй 11 и третьей 12 втарич- ключен к катоду диода 28.ными обмотками, первый-ключ 13, к первому Фильтр 23 может содержать, например,и второму управляющим входам которого конденсатор 29, первый вывод которого саподключены конечный и начальный соответ единен с первым входом и с первым выхоственно выводы вторичной обмотки 6 транс- ." дом фильтра 23, а второй вывод - со вторымформатора 3, второй ключ 14, первый и входом и вторым выходом фильтра 23.второй управляющие входыкоторого соеди- Ключи 13 и 14 выполнены по одинаконены с конечным и с начальным соответст- " вым схемам, Ключ 13 (14) - фиг.2 содержитвенно выводами вторичной обмотки 11 20 резистор 30, первый вывод которого соедитрансформатора 8, третий ключ 15, к перво- нен со вторым управляющим входом ключаму и второму управляющйм входам которо (14), транзистор 31, коллектор которогого подключены конечный и начальный подключен ктретьемусиловому входу ключа.выводы вторичной обмотки 5 трансформа (14), диод 32, катод которого соединен сотара 3, к первому и второму выводам пер вторым выводом резистора 30 и с базойвичной обмотки 4 которбго подключены.транзистора 31, эмиттер которого подклю шины 1 - 1 и 1-2, четвертый ключ 16, первый: чен к первому управляющему входу и к выи второй управляющие входы котОрого сае- ходу клйча 13 (14), а также к аноду диода 32.динены с конечным и начальным выводамйКлючи 15 и 16 также выполнены по одивторичной обмотки 10 трансформатора 8, к 30 наковым схемам, Ключ 15 (16) - фиг.З содер-первому и второму вйводам первичной об- жит резистор 33, первый вывод которого .. матки 9 которого подключены шины 2-1 и соединен со вторым управляющим входом2 - 2, первый элемент ИЛИ 17, к первому ключа 15 (16), транзистор 34, коллектор ковходу которого подключен выход ключа 13, торого подключен к третьему силовому вховтарой элемент или 18, второй вход кота ду ключа 15 (16), диод 35, анод которогораго соединен с выходом ключа 14, вйход- соединен со вторым выводом резистора 33ной трайсформатор 19, с первой 20 и второй и с базой транзистора 34, эмиттер которого21 первичными обмоткамииса вторичной подключен к первому управляющему входуобмоткой 22, фильтр 23, к пеРвому и"второ- и к выходу ключа 15(16) и к катоду диода 35.му входам катарога подключены выводы 40 Ключ 15(16) - фиг.4 содержит резисторвторичной обмотки 22 трансформатора 19, 36, первый вывод которого подключен к первыходные шины 24-1 и 24-2, которые сое-:.:.вомууправляющему входу ключа 15(16), дидиненысвыхадамифильтра 23, ко второму од 37, транзистор 38, змиттер котороговходу элемента ИЛИ 17 подключен выход ". соединей со вторым управляющим и третьключа 16, третий силовой вход которого со им силовым входами ключа 15 (16) и с аноединен с третьим силовым входом ключа 14дом диода 37, катод которого подключен кои с начальным выводам обмотки 12 транс- : второму выводу резистора 36 и к базе транфорйатора 8, конечный вйвод которой сое-: . зимара 38, коллектор которого соединен сдинен- с:,конечным выводом обмотки 7:, выходом ключа 15 (16),трансфарматараЗ,сконечнымвыводомоб Приведенные схемы показывают, чтомотки 20 трансформатора 19 и с конечным, ключи 13, 14, 15 и 16 могут быть реализовавыводом обмотки 21 трансформатора 19, кны двумя вариантами: первый - ключи 13 иначальному выводу которой подключен вц реализуются по схеме, приведенной наход элвмента ИЛИ 18, первыйвход катаракта,: фиг.2, а ключи 15 и 16 - по схеме, приведенсоединен с выходом ключа 15;третйй сила ной на фиг,З (вариант с разнополярнымивой вход которогО соединен С начальным.",транзисторами); второй - ключи 13 и 14 ревыводом обмотки 7 трансформатора 3 и с: ализуются по схеме приведенной на фиг.2,третьИмсиловым входом ключа 13, выход а ключи 15 и 16 - по схеме, приведенной наэлемента ИЛИ "17 соединен сначальным"фиг,4(вариантсоднополярнымитранзистовыводом обмотки 20 трансформатора 19, рами).Ключи 13 и 14 - фиг,2 открыты при положительном напряжении на втором входепо отношению к первому входу.Ключи 15 и 16 - фиг.3 открыты.при отрицательном напряжении на втором входе по 5отношению к первому входу, Ключи 15 и 16- фиг,4 открыты при положительном напряжении на первом входе по отношению ковторому входу.Первый и второй источники питания используемые в устройстве автоматическогорезервирования питания нагрузки должныбыть сфазированы (т,е. должны иметь однуи ту же фазу).Устройство автоматического резервирования питания нагрузки работает следующим образом,В исходном состоянии, за которое примем момент, когда напряжение на шине 1 - 1по отношению к шине 1-2 и, соответственно, на шине 2 - 1 по отношению к шине 2-2,равно нулю, на вторичных обмотках 5, 6 и 7трансформатора 3 и 10, 11 и 12 трансформатора 8 напряжение также равно нулю, ключи13. 14, 15, 16 закрыты, на первичных обмотках 20 и 21 трансформатора 19 и на еговторичной обмотке 22 напряжение такжера в но нул ю.Работу устройства дальше рассмотримпри наличии напряжения только между шинами 1 - 1 и 1 - 2. При появлении положительной полуволны напряжения на шине 1-1 поотношению к шине 1 - 2 (т.е. в начале обмотки 4) положительное напряжение появляется также в начале обмоток 5, 6 и 7 (по 35отношению к концу указанных обмоток)трансформатора 3. Положительное напряжение в начале обмотки 5 удерживает закрытым ключ 15, положительноенапряжение в начале обмотки 6 открывает 40ключ 13 и ток положительной полуволны собмотки 7 проходит по цепи - начало обмотки 7 - третий вход ключа 13 - элементИЛИ 17 - начало обмотки 20 трансформатора 19 - конец обмотки 20 - конец обмотки 7 45трансформатора 3. Через обмотки 21 трансформатора 19 и 12 трансформатора 8. токпротекает, т.к, закрыты ключи 14, 15 и 16. Вмомент окончания положительной волуволны на шине 1 - 1 закрывается ключ 13, При 50появлении отрицательной полуволны напряжения на шине 1 - 1 (по отношению кшине 1 - 2) отрицательное напряжение появляется также в началах обмоток 5, 6 и 7(поотношению к концу каждой из указанных 55обмоток) трансформатора 3. Отрицательноенапряжение в начале обмотки 6 удерживаетзакрытым ключ 13. отрицательное напряжение в начале обмотки 5 открывает ключ 15 иток отрицательной волуволны с обмотки 7 проходит. по цепи - начало обмотки 7 - третий вход ключа 15 - элемент ИЛИ 18 - начало обмотки 21 трансформатора 19 - конец обмотки 21 - конец обмотки 7 трансформатора 3, Через обмотки 20 трансформатора 19 и 12 трансформатора 8 ток не протекает, т,к, закрыты ключи 13, 14 и 16. В момент окончания отрицательной волуволны на шине 1 - 1 закрывается ключ 15. Таким образом, за период напряжения на шинах 1-1 и 1 - 2 в первичных обмотках трансформатора 19 проходят обе полуволны переменного напряжения - положительная по обмотке 20, отрицательная по обмотке 21 и во вторич ной обмотке 22 трансформатора 19 наводится полный период переменного напряжения.В том случае, если напряжение имеется только на шинах 2 - 1 и 2-2 и отсутствует на шинах 1-1 и 1 - 2 устройство работает аналогично, только при положительной полуволне на шине 2-1 по отношению к шине 2-2 открывается ключ 16, а при отрицательной - ключ 14,В том случае, если напряжение имеется и на шинах 1 - 1, 1 - 2 и на шинах 2 - 1, 2 - 2 при положительной полуволне открываются ключи 13 и 16, э при отрицательной - ключи 15 и 14. В этом случае ток положительной полуволны с обмотки 7 поступает на первый вход элемента ИЛИ 17, а ток положительной волуволны с обмотки 12 поступает на второй вход элемента ИЛИ 17. при приведенном выше выполнении элемента ИЛИ 17 на выход элемента ИЛИ 17 проходит ток с той из обмоток 7 или 12, напряжение на которой выше, т.к, более высокое напряжение, поступающее на один из входов элемента ИЛИ 17 (на один из диодов), закрывает другой вход (другой диод). Ток отрицательной волу- волны с обмотки 7 поступает на первый вход элемента ИЛИ 18, а ток отрицательной полуволны с обмотки 12 поступает на второй вход элемента ИЛИ 18 и на выход элемента ИЛИ 18 также проходит ток с той из обмоток 7 или 12, напряжение на которой выше, В остальном устройство работает аналогично описанному выше.Таким образом, при наличии напряжения обоих источников. т.е. и на шинах 1 - 1, 1 - 2 и на шинах 2 - 1, 2 - 2, нагрузки питаются от того из источников, напряжение которого выше, а при отсутствии напряжения одного из источников нагрузка питается от другого источника.Таким образом, устройство обеспечивает более высокую надежность питания нагрузки по сравнению с прототипом, т,к. переключение источников питания происходит без прерывания питания нагрузки,1793516 Составитель Е. БантюковРедактор С.Кулакова Техред М.Моргентал Корректор Т.Палий Заказ 509 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Рэушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина. 1 что важно при использовании резервированного питания в устройствах автоматики и вычислительной техники.Формула изобретенияУстройство автоматического резерви рования питания нагрузки, содержащее входные шины первого источника питания, входные шины второго источника питания, первый элемент ИЛИ, выходные шины, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью 10 повышения надежности питания нагрузки, в него введены первый и второй входные трансформаторы, каждый с первичной и тремя вторичными обмотками, первый, второй, третий и четвертый ключи, второй эле мент ИЛИ, фильтр и выходной трансформатор с двумя первичными и вторичной обмотками, вторичная обмотка которого подключена через фильтр к выходным шинам, входные шины первого источника 20 питания соединены с первичной обмоткой первого входного трансформатора, выводы первой вторичной обмотки которого подключены к первому и второмууправляющим входам третьего ключа, выход которого сое динен с первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к началу второй первичной обмотки выходного трансформатора, конец которой соединен с концом третьей вторичной обмотки выходного трансформатора и с концом третьей вторичной обмОтки первого входного трансформатора, начало которой подключено к третьему силовому входу третьего ключа и к третьему силовому входу первого ключа, первый и второй управляющие входы которого соединены с выводами второй вторичной обмотки первого входного трансформатора, выход первого ключа подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с началом первой первичной обмотки выходного трансформатора, к второму входу первого элемента ИЛИ подключен выход четвертого ключа, третий силовой вход которого соединен с началом третьей вторичной обмотки второго входного трансформатора и с третьим входом второго ключа, выход которого подключен к второму входу вторОго. элемента ИЛИ, первый и второй управляющие входы второго ключа соединены с выводами второй вторичной обмотки второго входного трансформатора, выводы первой вторичной обмотки которого соединены с первым и вторым управлаощими входами четвертого ключа, входные шины второго источника питания подключены к первичной обмотке второго входного трансформатора.