Энергетическая система

Союз Советских Социалистицеских Республик(22) Заявлено 05,03.76 (21) 2331949/24-0с присоединением заявки-8Х 7/00 есударатаенный каСССРпа делам нзоаретвн аткрытнй Приоритет - Опубликован 4.79 Бюллетеиь621.3588,8) публикования описания 19.04,79(71) Заявитель ЭНЕРГЕ СКАЛ СИСТЕМА ера, что 5 Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано на электроуст ановк ах - автоматизированных электроагрегатах и передвижных электростанциях, а также на других установках, например летательных аппаратах, судах, где к устройствам электропитания постоянным током предъявляются требования минимальных габаритов и.веса без снижения при этом надежности и других технико-экономических показателей.Известна энергетическая система, содержащая устройство для питания постоянным током низковольтного электрооборудования установки с заземленным. металлическим корпусом, включающее в себя схему управления установкой, электростартер и аккумуляторную батарею для пита ния по однопроводной схеме электростартера и схемы управления 11 . Однако в такой системе при работе электростартера напряжение на батарее, а следовательно, и на схеме управления установкой резко снижается (например, с 24 до 16 В) из-за большого тока электростартможет явиться причиной отказов работыэлементов электрооборудования. Кроме того, при однопроводном электростартере,когда одна его клемма присоединена кметаллическому корпусу установки, схема/управления установкой также питается пооднопроводной схеме, что снижает надежность ее работы. Подобное питание схемыуправления установкой применяется наэлектроустановках с малым объемом автоматизации,Известна также энергетическая система, содержащая устройство для питанияпостоянным током низковольтного электрооборудования установки с заземленнымметаллическим корпусом, включающее всебя схему автоматического управленияустановкой и электростартер с одинаковы-ми номинальными напряжениями питания,аккумуляторную батарею для питанияэлектростартера (стартерную батарею) иотдельную аккумуляторную батарею дляпитания схемы автоматического управле657522 ния установкой номинальным напряжениемпо двухпроводной схеме 2. Аккумуляторные батареи этой системы заряжаютсяот одного зарядного устройства, еслистартер двухпроводный, илц от разных за- Врядных устройств, если стартер однопроводный, и подключаются к зарядному устройству (зарядцым устройствам) по сигналу от электронного блока (блоков)подразрядки. Подобное питание электростартера и схемы автоматического управления установкой применяется на электроустановках, автоматизированных по 2-йи 3-й степеням по ГОСТ 10032-69. Н едостаток этой системы состоит в томчто 1 Здля питания схемы автоматическогоуправления установкой используется отдельная аккумуляторная батарея (батареяавтоматики) с устройствами, обеспечивающими ее коммутацию и автоматическую )фподзарядку, Это увеличивает вес установки, ее стоимость и затраты на обслуживание аккумуляторов при нх эксплуатациии сокращает полезный объем внутри установки, Аккумуляторная батарея, питающаясхему автоматического управления установкой, це используется для питанияэлектростартера при запуске установки,В то же время для ускорения и повышениявероятности ее запуска, особенно при низкой температуре, когда емкость аккумуляторов снижается, необходимо увеличивать емкость стартерной батареи. Крометого, хотя обе батареи составлены как35правило из аккумуляторов стартерного типа, работают они в различных режимах:стартерная батарея - кратковременно(секунды) и с большими разрядными токами (сотни ампер), а батарея автоматики - длительно (часы) и с малыми разрядными токами (единицы ампер). Эторазнообразие может быть причиной отставания аккумуляторов, если они при эксплуатации будут переставлены из однойбатареи в другую,Целью изобретения является обеспечение питания номинальным напряжением схемы автоматического управления установкой от стартерной батареи. Это дости 50 гается тем, что предлагаемая энергетическая система снабжена конвертором и компенсационным стабилизатором напряжения последовательного типа с регулирующимМ элементом и блоком сравнения, причем схема автоматического управления установкой связана с выходом конвертора и через первый вентиль со стартерной аккумуляторной батареей, соединенной свходом конвертора через регулирующийэлемент компенсационного стабилизаторанапряжения.Для стабилизации выходного напряжения конвертора, а также уменьшения затрат энергии стартерной батареи на работу конвертора путем обеспечения синхронной работы компенсационного стабилизатора и электростартера блок сравнениякомпенсационного стабилизатора связан свыходом конвертора, клеммами батареи идвумя источниками опорного напряжения,а первый вентиль включен со стороны тойклеммы стартерной аккумуляторной батареи, к которой подключен регулирующийэлемент компенсационного стабилизатора.Для обеспечения двухпроводного питания схемы автоматического управленияустановкой при однопроводном электростартере клемма стартерной батареи, связанная с регулирующим элементом компенсационного стабилизатора и одноименная с клеммой электростартера, подключенной к металлическому корпусу установки, соединена с указанным корпусом,а другая ее клемма подключена к схемеавтоматического управления установкой через последовательно соединенныеразъединительный элемент, чувствительный ктоку короткого замыкания через него,например плавкий предохранительи второй ВентильаКроме того, для осуществления сигнализации о замыкании на металлическийкорпус схемы автоматического управления установкой к первому вентилю яразъединительному элементу подключеныдатчики блока сигнализации.Для снижения потерь мощности на регулирующем элементе компенсационногостабилизатора вход конвертора, связанныйс регулирующим элементом, соединен через последовательно включенные ключ, управляемый разъединительным элементом,и третий вентиль с частью стартерной батареи,При этом напряжение указанной частибатареи при отключенном стартере по величине равно минимальному напряжениюна всей стартерной батарее при работеэлектростартера, коэффициент трансформации конвертора выбран равным отношению максимально допустимого напряженияпитания схемы автоматического управленияустановкой к минимальному напряжениюна стартерной батарее при работе электростартера, одно опорное напряжение по657522 Регулирующий элемент 20 быстро (в течение долей миллисекунды) открывается ц подключает вход конвертора 7 на воличине равно минимально допустимому,в другое - номинальному на 11 ряжени 1 о пита-ния схемы автоматического управленияуст ановкэ "1.На фиг. 1 дана блок-схема описывавмой энергетической системь 1 с двухпроводным питанием схемы автоматического управления установкой и электростартера отстартерной аккумуляторной батареи;1 наУ 1фиг. 2 - вариант принципиальной электрической схемы системы на фцг. 1 при выполнении компенсационного стабилизаторанапряжения на транзисторах с проводимостью типа р-р;на фцг. 3 -блок-схемасистемы с однопроводным питанием элект- фростартера ц двухпроводным питаниемсхемы автоматического управления уста=новкой от стартернэй батарецр 3 на фцг, 4 вариант принццпцальпой электрическойс,хемы системы 1 н 1 фцг. 3 для спу".1 ая,ког-да отрицательная клемма электростартера соединена с металлическим кэрпусэмустановки и когда имеется сигнализацияо замыкании на корпус схемы автоматического управления установкой.Энергетическая система содержит устройство для питания постоянным токомнизковольтного электрооборудования установки, включающее в себя электростартер 1, стартерную аккумуляторну 1 о бата 36рею 2 и схему 3 автэматическэгэ управления установкой, которая подключена кбатарее 2 через вентиль 4 илц черезвентили 4 и 5 и разьединцтельный эле 35мент (предохранитель) 6. К схеме 3 автоматического управления подключен выход конвертора 7, выпэл 11 еннэгэ по схемес гальваническим разделением входа ивыхода. Вход конвертора подключен кстартерной батарее 2 через регулирующийэлемент компенсационного стабилизатора8 напряжения последовательного типа цлцчерез последовательно соединенные контакт9 и вентиль 10. Вентиль 10 подключен кстартерной батарее 2 к той перемычкемежду ее элементами, потенциал которой.относительно клеммы стартерной батареи,не соединенной с металлическим корпусом11 установки, равен минимальному напряжению между клеммами стартерной батареи при работе электроствртера 1.Датчики 12 и 13 подключены соответственно к вентилю 4 и разьединительномуэлементу 6 и управляют блоком 14 сиг- днвлизации, например, при помощи контактов 15 и 16,В качествв датчика 12 может бытьиспользовано реле 17 напряжения с размыкающим контактом 15, включенное нвнапряжение стартернэй батареи 2 черезтранзистор 18, вход которого пэдключенпараллельно вентилю 4.В качестве датчика 13 может быть использовано реле напряжения с рвзмыкающимц контактами 9, 16 и 19, включенное нв напряжение стартерной батареи 2через разъединительный элемент 6 ивентиль 4.Компенсационный стабилизатор 8 напряжения содержит регулирующий элемент20,. усилитель обратной связи на транзисторе 21 и резисторе 22 и элемент сравнения, в который входят стабилцтроны 23и 24, транзистор 21 и разделительныел 1 э;-1 25 ц 26лэ 11 ээ ня 111 яжение уставкй) ствбилитрэна 23 равно хлпхима 11 ь 110 допустиъ тЯНа 1 О П 11 гсан 17 Я СХЕМЬ 1 ДВТОМЯтп".1=скэ 1 э у пра 1 де 111 я устанэвкэц, наприм е р 2 3.,11 эрпэе Н 11 пряжецпе стабплитрона 24рад;1 э 1;э цнал 11 эхг н апряженцю питаниясхэ 1 ц 1 автоматического "правления установка, Например 25 В,Э 1 эктрэстартер 1 подключен к старте 1111 э."1 батарее 2 коммутирующим аппа/Ра Э 1 ,11 а ЧЕРТЕжаХ НЕ ПЭКаэаН) аГ.,с.1 в системе см, фиг, 1 и 2)электг астарт ер 1 отключен тэ напряжениена стаатеоной батарее 2 и схеме 3 автоматиче;кэ 1 э управления установкой равнонэмппа;:ьнэму, напрпмер 25 В. Это напряжение сравнивается с опорным напряжением на стабцлитрэце 23, Так как первоенапряжение больше второго, тэ транзистор21 усилителя обратной связи открыт ичерез пего и вхэд конвертора 7 на входрегулцрующегэ элемента 20 от стартернойбатареи 2 прикладывается запцоаюшеэпапряжение. В результате этогэ регулпрую 1 цп 11 элемент 20 закрь 1 т, а ввод конвертора 7 отключен от напряжения стартернэй батареи 2Прп включении электростартера 1 напряжение на стартерной батарее 2 оезкэснижается, например, до 16 В и становится меньше установки стабцлитрона 23.Транзистор 21 закрывается, и черезвход конвертора 7, резистор 22 и вентиль 4 от стартерной батареи 2 на входрегулирукнцего элемента 20 подается отпцрающее напряжение.напряжение стартерной батареи 2, На выходе конвертора 7 также быстро появляется повышенное напряжение постоянноготока равное по величине входному напрякению, умноженному на коэффициент тренсформации конвертора. Повышенное напряжение запирает вентиль 4 и питает схему3 автоматического. управления установкой. Это же напряжение поступает в элементосравнения компенсационного стабилизатора8, где сравнивается с опорным напряжением на стабилитроне 24. Выходное напряжение конвертора 7 не сравнивается сопорным напряжением на стабилитроне 23потому, что в цепи их сравнения в обратном направлении включен вентиль 4.Сигнал рассогласования через усилительобратной связи на транзисторе 21 и рези-,2 Осторе 22 подается на вход регулирующегоэлемента 20 и изменяет его проводимость.В результате этого на схеме 3 автоматического управления установкой поддерживается номинальное стабилизированное напряжение при всех колебаниях напряжения настерт рной батарее 2 и тока схемы автоматического управления установкой.Вентиль 4 предотвращает работу конвертора на электростартер 1, стартерную бе- ртарею 2 и.стабилитрон 23.При отключении электростартера 1 напряжение на стартерной батарее 2 восстанавливается и становится больше уставкистабилитрона 24, Транзистор 21 снова рполностью открывается, а регулирующийэлемент 20 закрывается и отключает питание ахода конвертора 7.Схема 3 автоматического управленияустановкой:снова питается непосредствен- зоно от стартерной батареи 2 до следующеговключения эдектростартера 1,В системе (см, фиг, 3 и 4) эдна клемме электростартера и одноименная клемместартерной батареи соединены с металдическим корпусом 11 установки (корпусслужит вторым проводом в цепи питанияэдектростартере),Если схеме 3 автоматического управления установкой не замкнута на корпус 5011, то через разъединительный элемент6, схему автоматического управления ивентиль 4 протекает ток от напряжениястартерной батареи 2. Реле напряженияв датчиках 12 и 13 вкдочены, их контакты 9, 15, 16 и 19 разомкнуты, исистема работает аналогично описанномуддя фиГе 1 и 2,При замыкании на корпус 11 полюса схемы 3 автоматического управления установкой, к которому подключен вентиль 4, этот вентиль шунтируется и схема автоматического управления установкой переходит в режим однопроводного питания, Так как сопротивление цепи короткого замыкания значительно меньше прямого сопротивления вентиля 4, то ток через него, а следовательно и падение напряжения на нем практически пропадают.Транзистор 18 замыкается и выключает реле 17 напряжения, которое контактом 15 включает блок 14 сигнализации, Схема 3 автоматического управления установкой при отключении эдектростартера 1 питается от стартерной батареи 2, а при работе эдектростартера - от конвертора 7, При этом вентиль 5 который может быть зашунтирован замыкающим контактом реле 17) предотвращает рабо-ту конвертора 7 на стартерную батарею 2 и электростартер 1, Ддя того, чтобы конвертор 7 поддерживал на схеме 3 автоматического управления установкой напряжение, равное уставке стабилитрона 24, стабилитрон 23 может быть отключен размыкеющим контактом аппарате, включающего электростартер 1 (для этой же цеди вместо одного вентиля 4 можно использовать два последовательно соединенных вентиля и к их общей точке подключить анод стабилитрона 23).Бали замыкание устранить, то реле 17 датчика 12 снова включается и схема не фиг. 3 и 4 переходит в исходное состояние.При замыкании на корпус 11 полюса схемы 3 автоматического управления установкой, к которому подключен вентиль 5, через разъединительный,элемент 6 и вентиль 5 проходит. ток короткого замыкания стартерной батареи 2. Ампер-се-кундная характеристика разъединительного элемента 8 выбрана такой, что он разрывает цепь тока короткого замыкания раньше, чем выйдет из строя вентиль 5.Так как внутреннее сопротивление стартерной батареи 2 очень мало, то при случайном коротком замыкании напряжение между ее клеммами не может снизиться до нуля и, сйдоватедьно, от этого напряжения через конвертор 7 может питаться схема 3 автоматического управления установкбй.Если во время короткого замыкания (в течение времени перегорания плавкойвставки предохранителя 6) напряжение настартерцой батарее снижается ниже установки стабилитрона 23, то через компенсационный стабилизатор 8 включается конвертор 7, который сверхбыстро восстанав- Зливает номинальное напряжение на схеме3 автоматического управления установкой.После срабатывания разъединительногоэлемента 6 (перегорания плавкой вставки предохранителя) схема 3 автоматиче Оского управления установкой продолжаетпитаться от, выхода конвертора 7,:Реле напряжения датчика 13, обладающее инерционностью, отпадает позже и замыкает свои контакты 9, 16 и 19, Кон- Итакт 16 включает блок 14 сигнализации,Контакт 19 вместе с разделительными диодами 25 и 26 обеспечивает подачу напряжения от стартерной батареи 2 на элемент сравнения компенсационного стабилизатора 8 после срабатьвания разъединительного элемента 6. Контакт 9 черезвентиль 10 подключает-вход конвертора7 к части напряжения стартерной батареи2, После этого вход конвертора 7 можетпитаться как через компенсационный стабилизатор 8, так и через вентиль 10.Конвертор 7 питается через компенсационный стабилизатор 8 при работе электростартера 1, при срабатывании разъеди- Зфнительного элемента 6 и контакта 9, аостальное время - через вентиль 10, таккак при номинальном напряжении на стартерной батарее 2 и замкнутом контакте19 регулирующий элемент 20 запирает 35ся. Это исключает его перегрев, уменьшает потери мощности на нем и позволяетдлительно питать схему 3 автоматического управления установкой по однопровод 40ной схеме через конвертор 7 от стартерной батареи. Однако в действительностирежим питания входа конвертора 7 отчасти напряжения стартерцой батареи 2непродолжителентак как включен блоксигнализации. Поэтому исключается возможность различного разряда элементовстартерной батареи.Для возвращения системы на фиг. 3и 4 в исходное положение необходимоустранить замыкание и включить разъединительный элемент 6 (сменить предохранитель).Конвергор 7 может быть выполненна двухтактном транзисторном автогенераторе колебаний прямоугольной формыс трансформаторной обратной связью, работающем на нагрузку через выпрямительс емкостным фильтром. При этом регулируюший элемент компенсационного стабилизатора напряжения и вход конверторавключаются по схеме усилительного каскада с общим коллектором, а усилительобратной связи включается по схеме усидитедьного каскада с общим эмиттером ивыполняется на транзисторе того же типапроводимости, что и транзисторы регулирующего элемента,При таком выполнении компенсационного стабилизатора и конвертора обеспечиваются их высокое быстродействие ипрактически мгновенное восстановление номинального напряжения на схеме автоматического управления установкой при снижении или пропадании на ней напряжения,подводимого от стартерной багареи. Кроме того, автоматически обеспечивается ихзащита, так как при указанном выполненииконвертор имеет схемную обратимую защиту от коротких замыканий и перегрузок ввыходной цепи, а включение стабилизатора перед конвертором исключает перенапряжения на его транзисторах (напряжениеца входе конвертора не превышает, например, 16 В).Если у электростартера соединена скорпусом не отрицательная, а положитель-.ная клемма, то в компенсационном стабилизаторе проводимость транзисторов должна быть типа п-р-д, а проводимость транзистора 18 в датчике 12 должна бьггь типа р-П -р,Схема автоматического управления установкой в основном питается через вентиль непосредственно от стартерной батареи. Автоматический и,мгновенный перевод питания схемы автоматического управления установкой от выхода конверторапроисходит на время работы электростартера или разрыва токовой цепи разъединительным элементом. В первом случае навыходе конвертора напряжение - стабилизированное, во-втором меняется в пределах допустимого по его статической нагрузочной характеристике. Предлагаемая энергетическая система обладает следующими преимушествами.Если стартерная батарея составлена из всех аккумуляторов, находяшихся на установке,то увеличивается номинальная емкость стартерной батареи (за счет добавления емкости батареи автоматики) и,1следовательно, вероятность запуска установки, особенно при низких температурах.Режим работы всех аккумуляторов становится одинаковым и улучшается, так какаккумуляторы работают в режиме больших разрядных токов при работе электростартера, так и в режиме малых разрядных токов при работе схемы автоматического управления установкой (когда зарядноеустройство не.подключено).1Если нет необходимости увеличивать емкость стартерной батареи то аккуму ляторы батареи автоматики из системы электрооборудования установки могут 1 О быть исключены. В результате этого вес, металлоемкости и стоимость установки уменьшаются, а полезный внутренний объем увеличивается. Кроме того,снижаются затраты на обслуживание,аккумуля ф торов при нх эксплуатации, упрощается система подзарядки и контрОля напряжения на аккумуляторах,так как достаточно одного. комплекта вместо двухПри наличии блока сигнализации о замыкании на корпус и цепях питания схемы автоматического управления установкой повышается надежность ее питания, так как сокращается время работы схемы в.режиме однопроводного питания. формула изобретенияЗО1. Энергетическая система, содержащая устройство для питания постоянным током низковольтного электрооборудования установки с заземленным металлическим корпусом, включающее в себя схему35 автоматического управления установкой и электростартер с одинаковыми номинальными напряжениями питания и аккумуляторную батарею для питания электростартера, отлич ающаясятем,что,ф 4 О с целью обеспечения питания номинальным напряжением схемы автоматического управления установкой от батареи, она снаб,жена конвертором и компенсационным стабилизатором напряжения последовательного 4 типа с регулирующим элементом и блоком сравнения, причем схема автоматического управления установкой связана с выходом конвертора и через первый вентиль с аккумуляторной батареей, соединенной с ьхо-ю дом конвертора через регулирующий элемент компенсационного стабилизатора напряжения.2.Система поп. 1, отлич аю.щ а я с я тем, что, с целью стабилиза- у ции выходного напряжения конвертора, атакже уменьшения затрат энергии батареина работу конвертора путем обеспечениясинхронной работы компенсационного стабилизатора и электростартера, блок сравнения компенсационного стабилизаторасвязан с выходом конвертора, клеммамибатареи и двумя источниками опорногонапряжения, а первый вентиль включенсо стороны той клеммы аккумуляторнойбатареи, к которой подключен регулирующий элемент компенсационного стабилизатора.3. Система по и. 2, о т л и ч а юш а я с я тем, что, с целью обеспечениядвухпроводного питания схемы автоматического управления установкой при однопроводном электростартере, клемма батареи, связанная с регулирующимэлементомкомпенсационного стабилизатора и одноименная с клеммой электростартера, под-ключенной к металлическому корпусу установки, соединена с указанным корпусом,а другая ее клемма подсоединена к схемеавтоматического управления установкойчерез последовательно соединенные разъединительный элемент, например плавкийпредохранитель, и второй вентиль.4.Системапопп,1 и 3, отлич а ю щ а я с я тем, что, с целью осуществления сигнализации о замыкании накорпус схемы автоматического управленияустановкой, к первому вентилю и разъединительному элементу подключены датчики блока сигнализации.5. Система по п, 3, о т л и ч а ющ.а я с я тем, что, с целью сниженияпотерь мощности на регулирующем элементе компенсационного стабилизатора, входконвертора, связанный с регулирующимэлементом, соединен через последовательно включенные ключ, управляемый разъединительным элементом, и третий вентиль счастью батареи,Источники информации, принячне вовнимание при экспертизе1, Алексеев А, П. и Чекменев Е. Е.Передвижные электростанции. М., Военноеиздательство Министерства обороны СССР,1974, с. 278-282.2, Алексеев А. П. и др. Передвижныеэлектростанции,. МВоенное издательствоМинистерства обороны СССР, 1974,с. 283-298.Составитель И. НайдинаРедактор А. Пейсоченко Техред 3. Фанта Корректор И. Муска. Заказ 181 ое Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 7/53 Тираж 856ЦНИИПИ Государственног.по делам иэобрет 113035,Москва,Ж, Р Подписно комитета СССРений н открытийушская наб., д. 4/5