Устройство для стабилизированного питания приемников энергии

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И 0 П 1 РЫТИЯМПРИ П 1 НТ СССР(71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по автоматизированному электроприводу в промынленности, сельском хозяйстве и на транспорте(56) Авторское свидетельство СССР В 1084923, кл, Н 02 Н 712, 1982,Авторское свидетельство СССР В 734850, кл. Н 02 Л 9/06, 1977.Сазонов В. В. Компенсационно-параметрические импульсные стабилизаторы пострянного напряжения. - И.; Энергоатомиздат, 1982, с. 11-13(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗИРОВАННОГО ПИТАНИЯ ПРИЕМНИКОВ .ЭНЕРГЪП 4(57) Изобретение относится к электро-технике, в частности к электроснабже,нию постоянным током потребителейсобственных нужд электрических станИзобретение относится к электротехнике, в частности к электроснабжению постоянным током потребителей собственных нужд электрических станций, и может быть использовано для питания приемников, потребляюших электроэнергию, различную по своим характеристикам.Целью изобретения является повьппение надежности питания.На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 -ЯО 154529 О А 1 2ций, и может быть использовано дляпитания приемников, потребляюшихэлектроэнергию, различную по своимхарактеристикам. Цель изобретения -повьппение надежности питания. Устройство содержит источник питания иклеммы для подключения нагрузки. Иежду ними включены два канала преобразования, каждый из которых выполненв виде управляемого ключа, преобразователя постоянного напряжения в постоянное и разделительного диодногоэлемента. Новым в устройстве являетсяснабжение его датчиком тока, а блокзащиты дополнительно содержит ЕЯ-триггер, два промежуточных реле, элемент дФ3ИЛИ, элемент задержки, формирователь,усилитель, кроме того, преобразователь включает в себя блок регулирования выходного напряженйя и датчик со- Сстояния ключевого регулирующего элемента преобразователя. При неисправ- Ености в одном из каналов преобразования питание нагрузки осушествляетсяот другого параллельного канала, М,1 з,п. ф-лы, 5 ил. 4 ьСлЬФЖфункциональная схема блока регулирования выходного напряжения преобразователя; на фиг3 - функциональнаясхема датчика состояния регулирующего элемента; на фиг. 4 - схема регулирующего элемента; на фиг. 5 - временная диаграмма работы устройства аешьпри неисправности в резервном каналепреобразователя,Устройство (фиг. 1). содержит источник 1 питания, состоящий из управляемого выпрямителя 2 и аккумулятор 1545290цой батареи 3, двух одинаковых каналов 4 и 4 преобразования постоянногонапряжения в постоянное и клемм 5 для подключеция приемников энергии. В состав каждого канала 4 (4) преобразо 5 вация постоянногб напряжения в постоянное входят управляемый ключ 6, преобразовател 7 постоянного напряженияв постоянное, разделительный диодный элемент 8, датчик 9 тока и блок 10 защиты.Преобразователь 7 постоянно о на 1 ряжения в постоянное состоит из ключевого регулирующего элемента 11, блока 12 регулирования выходного наПряжения преобразователя и датчика 13 Состояния регулирующего элемента 11,Управляющий вход регулирующего элемента 11 соединен с выходом блока 12 регулирования и перым входом датчика 13 состояния, второй и третий входы которого подключены к силовьм входу и выходу регулируюшего элемента 11. Выходы датчика 13 состояния и блока 10 защиты объединены и связаны 25 С управляюшим входом управляемого ключа 6 и с входами "Включение канала" блока 10 зашиты и блока 12 регу лирования другого канала 4 преобразоВация постоянного напряжения в постоянное, Первый вход контроля блока 1 О Эашиты подключен к выходу преобразователя 7 постоянного напряжения в поСтояпное. Второй вход контроля блока 10 защиты и вход обратной связи блока 12 регулирования подключены к вы 35 ходу разделительного элемента 8, Тре,ий вход контроля блбка 10 защиты связан с измерительным выходом датчика 9 тока,Блок 1 О зашиты включает в себя ЗБ триггер 14 с ориентирующей ВС-цепочкой 15, датчики 16 и 17 контроля макСцмального и минимального напряженийсоответственно, первое и второе промежуточное реле 18 и 9, логическийэлемент ИЛИ 20, элемент 21 задержки и формирователь-усилитель 22 выходного сигнала, На инверсный К-вход КБтриггера 14 подан сигнал "Включениеканала", сформированный другим кана 50лом 4 преобразования постоянного напряжения в постоянное. Прямой выходЙБ-триггера 14 подключен к первомупромежуточцому реле 18 и через перйый вход логического элемента ИЛИ 28связан с вторым промежуточным реле19. Второй вход логического элемента1 П 1 И 20 подключен к измерительному выходу датчика 12 тока. Первый вход контроля блока 10 зашиты через датчик 16 контроля максимального напряжения и второй вход контроля через датчик 17 контроля минимального напряжения и размыкаюшие контакты второго промежуточного реле 19 объединець. и связаны через элемент 21 задержки с формирователем-усилителем 22 выходного сигнала блока 10. Параллельно элементу 21 задеркки включены замыкающие контакты первого промежуточного реле 18.Блок 12 регулирования выходного напряжения преобразователя (фиг, 2) может быть выполнен из ЕБ-триггера 23 с ориентирующей ВС-цепочкой 24, элемента 25 сравнения, интегратора 26, порогового элемента 27, генератора 28 тактовых импульсов и двух логических элементов И 29 и 30, Выход обратной связи блока 12 регулирования через элемент 25 сравнения, интегратор 26 и пороговый элемент 27 связан с первым входом первого логического элемента И 30. Первый вход второго логического элемента И 29 подключен к выходу генератора 28 тактовых импульсов, Вторые входы логических элементов 29 и 30 подключены к инверсному выходу ПБ-триггера 23, инверсный В:вход которого образует вход цВключение каналац. Выходы логических элементов 29 и 30 образуют выходы управления регулирующим элементом 11, Причем элемент 29 управляет отключением элемента 11, элемент 30 - включениемДатчик 13 состояния регулируюшего элемента (фиг. 3) содержит оптодиодную пару 31, фотодиод которой работает в режиме фотосопротивления, а светодиод совместно с последовательно соединенным резис ором включен параллельно регулирующему элементу 11, Выход оптопарь 31 через пороговый элемент 32 связан с Я-входом счетчика 33, на тактовый вход кэторого поступает сигнал управления отключением регулирующего элемента 11,В качестве управляемого ключа 6 мокет быть использован автоматический выключатель, имеющий независимый расдепитель с гарантируемым ,временем отключения, В качестве датчика тока может быть использовано токовое герконовое реле.Ключевой регулирующий элемент 11 (фиг, 4) может быть выполнен из основного силового тиристора 34, параллельно которому включены последовательно соединенные коммутирующие тиристор 35, конденсатор 36 и дроссель1545 37. Встречно параллельно тиристорам34 и 35 включены диоды 38 и 39. Междувыходной шиной.регулирующего элемента 11 и обшей ниной источника 1 и на 5грузки включен шунтируюший диод 40,Для питания приемников, потребляющих электроэнергию улучшенного качества, устройство содержит фильтр 41 свыходными клеммами 42, 1 ГУстройство работает следующим образом.В нормальном режиме работы устройства управляемые ключи 6 каналов 4 и4 преобразования постоянного напря1жения находятся в замкнутом состоянии.На все узлы преобразователя 7 постоянного напряжения и блока зашиты 10 поданс, напряжение. При подаче напряжения питания КЯ-триггеры 14 и 23 блоков 10 и 12 ориентируются КС-цепочками 15 и 24, на вход которых подаетсянапряжение 11 (Фиг. 1 и 2) питанияэлементов устройства. Состояние данныхЕЯ-триггеров 14 и 23 соответствует 25работе каналов в резерве.Включение устройства происходитподачей сигнала, аналогичного сигналуВключение канала в один из каналовпреобразования, при этом другой канал остается в резерве. Преобразователь 7 постоянного напряжения включенного.канала 4 преобразовываетвходное постоянное напряжение в импульсное напряжение, которое поступа- З 5ет на выходные клеммы приемников энергии, не чувствительных к Форме входного напряжения, например обмоткиэлектромагнитов, двигатели постоянного тока и т.п. Непрерывность тока в 40индуктивных приемниках энергии обеспечивается шунтирующим диодом 40(Фиг, 4),На Фиг. 5 показаны диаграммы работы устройства при неисправности в резервном канале преобразования, Использованы следующие обозначения:11 - напряжение на выходе преобразонвателя работающего канала преобразования; Б- напряжение на выходе 50преобразователя резервногоканалапреобразования; 11 - напряжение наклеммах 5; Б н - напряжение на выходеинтегратора 26 блока 12 регулирования; 0 - напряжение срабатыванияпорогового элемента 27 блока регулирования 12; ив - сигнал на включениерегулирующего элемента 11; 1 Т, - сигнал на отключение регулирующего элемен 290 6та 11 с. периодом Т; 11 - напряжение на силовом тиристоре регулирующего элемента работающего канала 11 Ц - сиг 1 мючксналы датчика максимального напряжения резервного канала; 7 б- напряжение на выходе блока зашиты резервного канала; Б- напряжение на выходе. Управляемого ключа резервного канала.В основу работы блока 12 регулирования положен принцип компенсационно-параметрической стабилизации, Так как в качестве коммутационного ключа используется ключевой регулирующий.элемент 1 преобразователя 7 постоянного напряжения, сигнал обратной связи берется после регулирующего элемента 11, Сигнал обратной связи и эталонное напряжение Б, (фиг, 2) поступают на входы элемента 25 сравнения, выходной сигнал элемента 25 интегрируется интегратором 26 и поступает на вход порогового элемента 27, который формирует сигнал на открытие регулирующего элемента 1. Отключение регулирующего элемента происходит с частотой генератора 28 тактовых импульсов. Режим работы блока 12 регулирования определяется состоянием триггера 23. При подаче питания КЯ- триггер 23 устанавливается ЕС-цепочкой 24 в состояние, соответствующее работе в резерве. Сигнал на инверсном выходе КБ-триггера 23 блокирует через логические элементы И 29 и 30 формирование выходного сигнала блока регулирования для управления регулирующим элементом. Переориентация ВЯ- триггера 23 осуществляется сигналомВключение канала ,. Формируемым принеисправности в другом канале преобразования, с помощью блока защиты или датчика состояния этого канала.Датчик 13 состояния является датчиком быстродействующей зашиты. При закрытии тиристора 34 напряжение на нем через оптодиодную пару 31 и компаратор 32 устанавливает счетчик 33 в нулевое состояние, Работа счетчика происходит по периодическому сигналу управления регулирующим элементом 11.При пробое или ложном открытии тиристора 34 регулирующего элемента 11 обнуление счетчика 33 не происходит и через некоторое время на выходе второго разряда счетчика 33 появляется сигнал, из которого формируется сигнал "Включение канала" другого ка 1545290нала преобразования. Данный сигнал,воздействуя на управляемый ключ 6,отключает его и одновременно включаетдругой канал 4 преобразования,Блок 10 защиты предназначен длянезависимого контроля за выходнымнапряжением преобразователя 7 постоянного напряжения во всех режимах работы устройства, отключения неисправ Оного канала преобразования и вводав работу другого канала преобразования, ЕБ-триггер 14 устанавливается врабочее состояние сигналом "Включениеканала",Отклонение выходного напряже-5ния за пределы допустимого диапазона,определяемого датчиками 16 и 17 контроля максимального и минимального напряжений соответственно, при длительности этого процесса, превышавшейвремя срабатывания быстродействующейзашиты.,с помощью датчика 13, заданного элементом 21 задержки, вызываетформирование блоком 10 защиты сигнала неисправности. Действие этого сигнала аналогично действию сигнала датчика 13 состояния,При контроле канала преобразования,находящегося в резерве, первое промежуточное реле 18, управляемое прямым выходом ВБ-триггера 14, блокируетзамкнутыми контактами элемент 2 задержки и Формирование сигнала неисправности происходит сразу после по явления напряжения на выходе Регулирующего элемента 11. Второе промежуточное реле 19, управляемое такжепрямым выходом ЕЯ-триггера 14 черезлогический элемент ИЛИ 20, в данномрежиме работы канала преобразования 40отключает размыкающими контактамизащиту по минимальному напряжению.Отключение защиты по минимальномунапряжению осуществляется также приболыних толчковых токовых нагрузках,вызывающих кратковременное уменьшениенапряжения на аккумуляторной батарее3 и, как следствие, уменьшение выходного напряжения, Отключение зашиты осуществляется по сигналу с датчика 9 тока, поступающему на второйвход логического элемента ИЛИ 20,При неисправности в канале преобразования, находящемся в резерве,приводящей к появлению напряженияисточника 1 питания на клеммах 5, интегратор 26 блока 12 регулированияуходит в состояние положительного на-сыщения и пороговый элемент 27 не Формирует сигнал на включение регулирующего элемента 11. Однако генератор 28 тактовых импульсов с периодом Т (фиг,5) формирует сигналы на отключение регулирующего элемента 11, Первым сигналом на отключение после появления неисправности выключается силовой тиристор 34 регулирующего элемента 11 и к нему прикладывается прямое напряжение, обусловленное напряжением на коммутирующем конденсаторе 36. Этонапряжение поступает на вход оптодиодной пары 31 датчика 13 состояния, блокируя его работу, При появлении напряжения на выходе резервного преобразователя срабатывает датчик 16 контроля максимального напряжения блока 10 защиты резервного канала . преобразования, а при отключении регулирующего элемента 11 работающего канала преобразования происходит обнуление выходного сигнала датчика 16 контроля максимального напряжения блока 10 зашиты работающего канала преобразования. Из-за отсутствия задержки в цепи Формирования выходного сигнала блока 1 0 защиты резервного канала преобразования сигнал неисправности в нем Формируется сразу, Происходит отключение управляемым ключом 6 неисправного канала преобразования, напряжение на клеммах 5 уменьшается до допустимых пределов и устройство продолжает работать.Устройство для питания нагрузок, чувствительных к Форме входного напряжения, содержит фильтр 41, общий для обоих каналов преобразования 4 ивыход которого соединен с выход-. ными клеммами 42 и образует. второй выход устройства (Фиг. ).Формула изобретения1, Устройство для стабилизированного питания приемников энергии, содержащее источник питания и клеммы для подключения приемников энергии, между которыми параллельно включены два канала преобразования постоянного напряжения в постоянное, каждый из которых выполнен в виде управляемого ключа, преобразователя постоянного напряжения в постоянное и разделительного диодного элемента, а также блока зашиты, включающего в себя датчики контроля максимального и минимального напряжений, вход датчика15452 контроля максимального напряжения подключен к выходу преобразователя постоянного напряжения в постоянное, а выход блока защиты соединен с уп 5 равляюшим входом управляемого ключа, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения надежности питания, оно снабжено датчиком тока, включенным между разделительным диодным эле ментом и выходными клеммами, а блокзащиты дополнительно содержит ВЯ- триггер, два промежуточных реле, логический элемент ИЛИ, элемент задержки и формирователь-усилитель выходно го сигнала, инверсный К-вход ВЯ-триггера образует вход "Включение канала"а инверсный 8-вход соединен с ориентирующей ЕС-цепочкой, прямой выход Б 5-триггера соединен с обмоткой пер О ного промежуточного реле и первым входом логического элемента ИЛИ, входы датчиков контроля максимального и минимального напряжений образуют первый и второй входы контроля блока за щиты соответственно, а второй вход элемента ИЛИ образует третий вход контроля блока зашиты, к которому подклю. чен измерительный выход ратчика тока, .второй вход контроля блока зашиты че- ЗО рез датчик контроля минимального напряжения, размыкаюшие контакты второго промежуточного реле, обмотка которогс соединена с выходом элемента ИЛИ, и первый вход блока зашиты через датчик максимального напряжения объединены и связаны с последовательно соединенными элементом задержки и Формирователем-усилителем, причем параллельно элементу задержки включены за О мыкаюшие контакты первого промежуточного реле, кроме того, преобразователь постоянного напряжения в постоянное состоит из ключевого регулирующего 90 10элемента, блока регулирования выходного напряжения преобразователя с помощью широтно-импульсной модуляции,имеющего вход обратной связи, вход"Включение канала" и выход управленияключевым регулирующим элементомидатчика состояния регулирующего элемента с одним выходом и тремя входами, датчик состояния содержит оптодиодную пару, светодиод, который последовательно соединенный резисторомвключен между вторым и третьим входамйдатчика состояния, выход оптодиоднойпары через пороговый элемент связанс Й-входом установки в нулевое состояние двоичного счетчика, тактовыйвход которого образует первый входдатчика состояния, выход второго разряда счетчика образует выход датчикасостояния, первый вход последнего соединен с выходом управления ключевымрегулирующим элементом блока регулирования, а второй и третий подключенысоответственно к силовым входу и выходу ключевого регулирующего элемен"та, выходы датчика состояния и блоказашиты объединены и подключены к входам "Включение канала" блока зашиты иблока регулирования другого каналапреобразования постоянного напряженияв постоянное, вход обратной связи блока регулирования и второй вход контроля блока защиты подключены к выходуразделительного диодного элемента,2, Устройство по и, 1, о т л и - ч а ю ш е е с я тем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей, параллельно клеммам для подключения приемников энергии подключен Фильтр, образующий второй выход устройства для питания приемников, требующих электроэнергию улучшенного качества.Составитель А. Шустовр Л. Гратилло Техред Л,Сердюкова Коррект Максимишинец: енно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина роизв аказ 495НИИПИ Госуд Тираж Ф твенного коми 113035, Моск20 Подписноета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС Ж, Раушская наб., д. 4/5