Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СИСТЕМА БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
СИСТЕМА БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

СИСТЕМА БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: для электропитания ответственных потребителей, в частности персональных и промышленных компьютеров. Сущность изобретения: система содержит трехполюсный автоматический выключатель, входной фильтр радиопомех, входной преобразователь, инвертор, высокочастотный фильтр с информационным выходом, емкостной накопитель, измерительный преобразователь, блок аккумуляторных батарей, источник питания собственных нужд, управляемое зарядное и разрядное устройства, низкочастотный фильтр, двухвходовое электронное шунтирующее устройство, микропроцессор с устройством отображения информации и два двухобмоточных дросселя. Использование микропроцессорной системы управления позволило исключить высокочастотные автоколебательные режимы околограничных значений напряжения, обеспечить безаварийную эксплуатацию аккумуляторных батарей, реализовать при необходимости обмен информацией с питаемыми компьютерами. 2 з. п. ф-лы, 10 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

   С помощью Яндекс:  

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2037249
Класс(ы) патента: H02J9/06
Номер заявки: 5057897/07
Дата подачи заявки: 06.08.1992
Дата публикации: 09.06.1995
Заявитель(и): Общество с ограниченной ответственностью "Истэн"
Автор(ы): Михальченко Г.Я.; Муравьев А.И.; Миллер А.В.; Толстобров Д.В.
Патентообладатель(и): Общество с ограниченной ответственностью "Истэн"
Описание изобретения: Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для электропитания ответственных потребителей, в частности персональных и промышленных компьютеров.
Известна система бесперебойного питания [1] содержащая последовательно соединенные выпрямительно-зарядное устройство, инвертор и двухвходовой статический переключатель, второй вход которого подключен к входным выводам системы, причем к точке соединение инвертора и выпрямительно-зарядного устройства через ключевой элемент подсоединена аккумуляторная батарея, а система управления обеспечивает постоянное питание нагрузки через статический переключатель (электронное шунтирующее устройство) и при аномальных отклонениях питающей сети система управления обеспечивает переключение нагрузки на питание от аккумуляторной батареи через инвертор.
Такая система имеет достаточно высокий коэффициент полезного действия, так как основное время работы нагрузки протекает лишь через один тиристор электронного шунтирующего устройства.
Однако нагрузка при этом питается нестабильным напряжением питающей сети и в тех случаях, когда это недопустимо, приходится в байпасный канал электронного шунтирующего устройства вводить стабилизатор переменного напряжения, что увеличивает массу, габариты и стоимость системы, что, в свою очередь, сопровождается снижением коэффициента полезного действия.
Кроме того, такая система характеризуется конечным временем прерывания электропитания при переключении нагрузки с электронного шунтирующего устройства на инвертор и наоборот, что связано с неопределенностью моментов выключения тиристоров шунтирующего устройства при переключении на инвертор и втягиванием инвертора и синхронизм при обратном переключении на питание от сети. Но наиболее крупным недостатком такого рода систем является постоянное существование потенциально опасных режимов при переключениях, когда образуются коротко замкнутые контуры по цепи: питающая сеть выпрямительно-зарядное устройство инвертор электронное шунтирующее устройство питающая сеть. Даже незначительные отклонения напряжения питающей сети от номинального значения, либо его искажения высокочастотными гармониками (3-ей, 5-ой и т.д.) сопровождается развитием ударных уравнительных токов, приводящих к выходу системы из строя. Эти токи являются причиной постоянных сбоев в нагрузке типа компьютерной техники.
Известна также система бесперебойного электропитания [2] содержащая электромеханические преобразователи типа двигатель маховик генератор, которые характеризуются высокой электромагнитной совместимостью с нагрузкой в виде вычислительных средств. Однако такие системы имеют малый срок службы и не выполняют своих функций при длительных (единицы минут) отключениях питающей сети.
Известна также система бесперебойного электропитания нерерывного действия [3] содержащая сетевой трансформатор, выпрямитель с накопителем, регулируемый инвертор с фильтром, зарядное устройство, аккумуляторную батарею, разрядное устройство и систему управления.
Такое устройство выгодно отличается от системы с электронным переключателем повышенной надежностью, минимальным временем перехода с основного канала на резервный, однако наличие сетевого трансформатора приводит к росту массогабаритных показателей и стоимости.
Наиболее близкой по технической сущности является система бесперебойного электропитания [4] содержащая последовательно соединенные трехполюсный автоматический выключатель, входной фильтр радиопомех и входной преобразователь, инвертор, низкочастотный трансформатор и высокочастотный фильтр с информационным выходом, емкостный накопитель, измерительный преобразователь, одним из информационных входов соединенный с выходом входного фильтра радиопомех, а другим с информационным выходом высокочастотного фильтра, блок аккумуляторных батарей, информационным выходом подключенный к третьему информационному входу измерительного преобразователя, источник питания собственных нужд, одним из входов соединенный с выходом входного фильтра радиопомех, систему управления, информационный вход которой соединен с выходами измерительного преобразователя, а управляющие выходы соединены с управляющими входами инвертора и входного преобразователя.
Такая система обеспечивает нагрузку (например, компьютер) питанием от сети через выпрямитель и инвертор. Выпрямитель обеспечивает постоянный заряд аккумуляторных батарей, а инвертор с ШИМ обеспечивает высокое качество выходного напряжения, причем переход из режимов работы от сети либо от аккумуляторной батареи осуществляется автоматически с временем переключения, равным нулю.
Кроме того, включение между входным выпрямителем и инвертором преобразователя повышающего типа позволяет поддерживать стабильным выходное напряжение как при питании нагрузки от сети, так и при питании от блока аккумуляторных батарей.
В то же время такая система имеет и ряд крупных недостатков, приводящих к снижению надежности работы как самой системы энергообеспечения, так и нагрузки, а также к неоправданному завышению массы габаритов и стоимости системы бесперебойного энергообеспечения.
Во-первых, это связано с тем, что в такой системе напряжение блока аккумуляторных батарей должно соответствовать выходному напряжению выпрямителя, которое колеблется в пределах 176-217 В, при питании от однофазной сети с напряжением 220В ± 15%В то же время известно, что соединение большого числа элементов аккумуляторных батарей (свыше 40-60) приводит к резкому снижению надежности работы блока аккумуляторных батарей из неравномерного заряда и разряда их в процессе эксплуатации, переполюсовки и выходу их из строя. Увеличение напряжения также не позволяет создавать малогабаритные, компактные системы бесперебойного электропитания из-за низких удельно-массовых показателей аккумуляторов.
Во-вторых, неоправданно завышена установленная мощность инвертора из-за того, что при перегрузках по току выходное напряжение системы снижается, а замкнутая система стабилизации на основе преобразователя повышающего типа "накачивает" напряжение на входе инвертора (на емкостном накопителе) до значительных величин, многократно превышающих рабочее напряжение инвертора. Это сопровождается либо выходом инвертора из строя, либо необходимостью увеличивать установленную мощность ключей инвертора.
В-третьих, использование упрощенного алгоритма управления системой не позволяет полностью использовать емкость аккумуляторов из-за существенного влияния внутреннего сопротивления на показания измерительных элементов системы управления в процессе заряда аккумуляторов и особенно при их разряде. Кроме того, алгоритм работы известной системы таков, что запрещает работу при отсутствии аккумулятрных батарей, либо неисправностях в них, что существенно ограничивает время работы резервного канала в первом случае и функциональные возможности системы во втором, а также не исключает автоколебательных режимов работы системы при колебаниях напряжения питающей сети около порогового значения, при котором производится переключение с основного источника (сети) на резервный (аккумуляторную батарею).
В-четвертых, для снижения колебаний выходного напряжения в процессе перехода системы на работу с резервным каналом и наоборот необходимо увеличивать величину емкостного накопителя, что приводит к снижению внутреннего сопротивления системы и росту ударных токов при включении на разрядную емкость. Кроме того, по этой же причине увеличивается амплитуда сквозных токов в стойках диод-транзистор инвертора. Снижение этих токов индуктивными элементами сопровождается ростом дополнительных потерь, связанных с необходимостью ограничения перенапряжений и снижению надежности.
Кроме того, отсутствие электронного шунтирующего устройства также ограничивает функциональные возможности системы при авариях во входном преобразователе и инверторе, а наличие сетевого трансформатора на выходе инвертора приводит к существенному росту массы, габаритов и стоимости устройства.
Изобретение направлено на решение задачи повышения качества бесперебойного электропитания ответственных потребителей, в частности персональных и промышленных компьютеров, позволяет повысить надежность системы электропитания, улучшить массогабаритные показатели, расширить функциональные возможности.
С целью получения указанного технического результата система бесперебойного электропитания содержит последовательно соединенные трехполюсный автоматический выключатель, входной фильтр радиопомех и преобразователь переменного напряжения в постоянное, инвертор и высокочастотный фильтр с информационным выходом, емкостный накопитель, измерительный преобразователь, одним из информационных входов соединенный с выходом входного фильтра радиопомех, а другой с информационным выходом высокочастотного фильтра, блок аккумуляторных батарей, информационным выходом подключенный к третьему информационному входу измерительного преобразователя, источник питания собственных нужд, одним из входов соединенный с выходом входного фильтра радиопомех, систему управления, информационный вход которой соединен с выходами измерительного преобразователя, а управляющие выходы плавного пуска и отключения соединены с управляющими входами инвертора и преобразователя переменного напряжения в постоянное.
Новым является то, что система содержит два двухобмоточных дросселя, управляемые зарядное и разрядное устройство, низкочастотный фильтр и двухвходовое электронное шунтирующее устройство, а система управления выполнена в виде микропроцессора с устройством отображения информации и с возможностью формирования на соответствующих выходах сигналов плавного пуска и отключения преобразователя переменного напряжения в постоянное, инвертора и зарядного устройства и сигналов коммутации разрядного и электронного шунтирующего устройства, при этом управляющие выходы системы управления подключены соответственно к управляющим входам упомянутых устройств, один из входов электронного шунтирующего устройства соединен с выходом высокочастотного фильтра, а другой с выходом низкочастотного фильтра, вход которого подключен к выходу входного фильтра радиопомех, а выходы электронного шунтирующего устройства образуют первый и второй выходы системы, выходы и входы управляемого зарядного и разрядного устройств попарно объединены и подключены соответственно ко второму входу преобразователя переменного напряжения в постоянное и через контакт трехполюсного автоматического выключателя к блоку аккумуляторных батарей, причем выход преобразователя переменного напряжения в постоянное и вход инвертора подключены к входу и выходу емкостного накопителя через первичные обмотки двухобмоточных дросселей, один из выводов вторичных обмоток которых подключены к общей шине системы, а другие выводы через диоды соединены со вторым входом источника питания собственных нужд и через контакт трехполюсного автоматического выключателя с блоком аккумуляторных батарей, а информационный выход источника питания собственных нужд подключен к четвертому входу измерительного преобразователя.
Новым является также то, что преобразователь переменного напряжения в постоянное содержит последовательно соединенные выпрямитель, фильтр и преобразователь повышающего типа, симистор, включенный в одну из входных шин переменного тока выпрямителя, делитель напряжения, шунтирующий выход преобразователя переменного напряжения в постоянное, первый дифференциальный усилитель, один из входов которого соединен с выходом делителя напряжения, а второй вход предназначен для подключения к источнику опорного напряжения ограничения, второй дифференциальный усилитель, один из входов которого предназначен для подключения к задатчику напряжения, а другой образует первый управляющий вход преобразователя переменного напряжения в постоянное, два модулятора длительности импульсов, один из входов которых соединены с выходами дифференциальных усилителей, генератор пилообразного напряжения, выходом подключенный ко вторым входам модуляторов длительности импульсов, четырехвхдовый логический узел, один из входов которого соединены с выходами модуляторов длительности импульсов, третий с информационным выходом преобразователя повышающего типа, а четвертый образует второй управляющий вход преобразователя переменного напряжения в постоянное, выходы четырехвходового логического узла соединены с управляющими входами преобразователя повышающего типа и симистора, причем преобразователь повышающего типа выполнен на дросселе и диоде, включенных последовательно в одну из шин питания, которыми являются выходные шины выпрямителя, к общей точке соединения дросселя и диода подключены последовательно соединенные транзистор и датчик тока, соединенный со второй шиной питания, выход датчика тока образует информационный выход преобразователя повышающего типа, а управляющий вход транзистора его управляющий вход, причем входные шины переменного тока выпрямителя являются входами преобразователя переменного напряжения в постоянное, выходы преобразователя повышающего типа выходами преобразователя переменного напряжения в постоянное, а выход фильтра образует второй вход преобразователя переменного напряжения в постоянное.
Новым является также то, что преобразователь переменного напряжения в постоянное содержит выпрямитель, последовательно соединенные симистор и первый дроссель, включенные в одну из входных шин переменного тока выпрямителя, первый датчик тока, включенный в другую входную шину переменного тока выпрямителя, второй дроссель, один вывод которого соединен с одной из выходных шин выпрямителя, а другой образует второй вход преобразователя переменного напряжения в постоянное, диод, включенный в одну из выходных шин выпрямителя, последовательно соединенные транзистор и второй датчик тока, включенные между выходными шинами выпрямителя, делитель напряжения, шунтирующий выход преобразователя переменного напряжения в постоянное, первый дифференциальный усилитель, один из входов которого соединен с выходом делителя напряжения, а второй вход предназначен для подключения к источнику опорного напряжения ограничения, второй дифференциальный усилитель, один из выходов которого предназначен для подключения к задатчику напряжения, а другой образует первый управляющий вход преобразователя переменного напряжения в постоянное, два модулятора длительности импульсов, генератор пилообразного напряжения, четырехвходовый логический узел, выходы которого подключены к управляющим входам транзистора и симистора, один из входов к выходу модуляторов длительности импульсов, третий вход к второму датчику тока, а четвертый образует второй управляющий вход преобразователя переменного напряжения в постоянное, последовательно соединенные умножающий цифроаналоговый преобразователь и третий дифференциальный усилитель, постоянное запоминающее устройство, счетчик, синхронизатор и согласующий трансформатор, связанный со входом преобразователя переменного напряжения в постоянное, задающий генератор, выходом соединенный со счетным входом счетчика, прецизионный выпрямитель, включенный между первым датчиком тока и вторым входом третьего дифференциального усилителя, при этом выходы постоянного запоминающего устройства подсоединены к информационным входам умножающего цифроаналогового преобразователя, первые входы первого и второго модуляторов длительности импульсов соединены с выходами третьего и второго дифференциальных усилителей соответственно, а вторые их входы объединены и подключены к выходу генератора пилообразного напряжения.
На фиг. 1 приведена схема системы бесперебойного электропитания; на фиг. 2, 3 варианты схемы преобразователя переменного напряжения в постоянное; на фиг. 4 схема управляемого зарядного устройства; на фиг. 5, 6 диаграммы напряжений и токов, поясняющих работу системы бесперебойного электропитания; на фиг. 7, 8, 9, 10 схема алгоритма работы микропроцессора.
Система бесперебойного электропитания (фиг. 1) содержит последовательно соединенные трехполюсный автоматический выключатель 1 (1.1; 1.2), входной фильтр 2 радиопомех и преобразователь переменного напряжения в постоянное 3, инвертор 4 и высокочастотый фильтр 5 с информационным выходом, а также емкостной накопитель 6, измерительный преобразователь 7, блок 8 аккумуляторных батарей, источник 9 питания собственных нужд, систему управления на микропроцессоре 10 с устройством отображения информации, двухобмоточные дроссели 11 и 12, управляемое зарядное устройство 13, управляемое разрядное устройство 14, низкочастотный фильтр 15 и двухвходовое электронное шунтирующее устройство 16. Один из входов электронного шунтирующего устройства 16 подключен к выходу высокочастотного фильтра 5, а другой через низкочастотный фильтр 15 к выходу входного фильтра 2 радиопомех. Выходы электронного шунтирующего устройства 16 образуют первый и второй выходы системы. Выходы и входы управляемых зарядного 13 и разрядного 14 устройств попарно объединены и подключены соответственно ко второму входу преобразователя переменного напряжения в постоянное 3 и через контакт 1.2 трехполюсного автоматического выключателя 1 к блоку 8 аккумуляторных батаей. Один из информационных входов измерительного преобразователя 7 соединен с выходом входного фильтра 2 радиопомех, другой с информационным выходом высокочастотного фильтра 5, третий с информационным выходом блока 8 аккумуляторных батарей и четвертый с информационным выходом источника 9 питания собственных нужд, один из входов которого подключен к выходу входного фильтра 2 радиопомех. Выходы измерительного преобразователя 7 соединены со входом микропроцессора 10, управляющие выходы b, b', c и f плавного пуска и отключения которого подключены к управляющим входам преобразователя переменного напряжения в постоянное 3, инвертора 4 и управляемого зарядного устройства 13, а управляющие выходы d и g коммутации к управляющим входам разрядного устройства 14 и электронного шунтирующего устройства 16. Выход преобразователя переменного напряжения в постоянное 3 и вход инвертора 4 соединены со входом и выходом емкостного накопителя 6 через первичные обмотки двухобмоточных дросселей 11 и 12, один из выводов вторичных обмоток которых подключены к общей шине системы, а другие выводы через диоды подключены ко второму входу источника 9 питания собственных нужд и через контакт трехплюсного выключателя 1 к блоку 8 аккумуляторых батарей.
Преобразователь переменного напряжения в постоянное 3 (фиг. 2) содержит последовательно соединенные выпрямитель 17, фильтр 18 и преобразователь 19 повышающего типа, симистор 20, включенный в одну из входных шин переменного тока выпрямителя 17. Преобразователь 19 повышающего типа содержит дроссель 21 и диод 22, которые включены последовательно в одну из шин питания, а к их общей точке подключены последовательно соединенные транзистор 23 и датчик 24 тока, соединенный со второй шиной питания. Шинами питания преобразователя 19 повышающего типа являются выходные шины выпрямителя 17. Выход датчика 24 образует информационный выход преобразователя 19 повышающего типа, управляющий вход транзистора 23 образует его управляющий вход. Преобразователь переменного напряжения в постоянное 3 содержит также двигатель 25 напряжения, шунтирующий выход преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное, первый дифференциальный усилитель 26, один из входов которого соединен с выходом делителя 25 напряжения, а другой предназначен для подключения к источнику опорного напряжения ограничения, второй дифференциальный усилитель 27, один из входов которого предназначен для подключения к задатчику напряжения, а другой образует первый управляющий вход преобразователя переменного напряжения в постоянное 3. Модуляторы 28 и 29 длительности импульсов одними из входов соединены с выходами дифференциальных усилителей 26 и 27 соответственно. Генератор 30 пилообразного напряжения выходом подключен ко вторым входам модуляторов 28 и 29 длительности импульсов. Четырехвходовый логический узел 31 одними из входов соединен с выходами модуляторов 28 и 29 длительности импульсов, третьим входом с информационным выходом преобразователя 19 повышающего типа, а четвертый вход образует второй управляющий вход преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное. Выходы логического узла 31 соединены с управляющими входами преобразователя 19 повышающего типа и симистора 20. Входные шины переменного тока выпрямителя 17 являются входами преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное, выходы преобразователя 19 повышающего типа его выходами, а выход фильтра 18 образует второй вход "k" преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное.
Преобразователь 3 переменного напряжения в постоянное (фиг. 3) содержит выпрямитель 17, последовательно соединенные симистор 20 и первый дроссель 21, включенные в одну из входных шин переменного тока выпрямителя 17, в другую его входную шину переменного тока включен первый датчик 32 тока. Диод 22 включен в одну из выходных шин выпрямителя 17. Последовательно соединенные транзистор 23 и второй датчик 24 тока включены между выходными шинами выпрямителя 17. Делитель 25 напряжения шунтирует выход преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное, который (фиг. 3) содержит также первый дифференциальный усилитель 26, один из входов которого соединен с выходом делителя 25 напряжения, а другой предназначен для подключения к источнику опорного напряжения ограничения. Второй дифференциальный усилитель 27, один из входов которого предназначен для подключения к задатчику напряжения, а другой образует первый управляющий вход преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное, модулятора 28 и 29 длительности импульсов, генератор 30 пилооб- разного напряжения. Четырехвходовый логический узел 31 выходами подключен к управляющим входам транзистора 23 и симистора 20, одними из входов к выходам модуляторов 28 и 29 длительности импульсов, третьим входом к второму датчику 24 тока, а четвертый его вход образует второй управляющий вход образует второй управляющий вход преобразователя переменного напряжения в постоянное. Преобразователь 3 переменного напряжения в постоянное (фиг. 3) содержит также последовательно соединенные умножающий цифроаналоговый преобразователь 33 и третий дифференциальный усилитель 34, последовательно соединенные постоянное запоминающее устройство 35, счетчик 36, синхронизатор 37 и согласующий трансформатор 38, связанный со входом входного преобразователя 3. Задающий генератор 39 выходом соединен с счетным входом счетчика 36, а прецизионный выпрямитель 40 включен между первым датчиком 32 тока и вторым входом третьего дифференциального усилителя 34. Дроссель 41 одним выводом соединен с одной из выходных шин выпрямителя 17, а другой образует второй вход преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное. Выходы постоянного запоминающего устройства 35 подключены к информационным входам умножающего цифроаналогового преобразователя 33. Первые входы первого 28 и второго 29 модуляторов длительности импульсов соединены с выходами третьего 34 и второго 27 дифференциальных усилителей соответственно, а вторые их входы объединены и подключены к выходу генератора 30 пилообразного напряжения.
На фиг. 4 приняты следующие обозначения: 42, 43 дфференциальные усилители с источниками задающих сигналов, 44, 45 компараторы, 46 трехвходовый логический элемент И, 47 датчик тока заряда, 48 генератор пилообразного напряжения, 49 инвертирующий усилитель, 50 силовая цепь, выполненная, например, на транзисторе.
На фиг. 5, 6 приняты следующие обозначения: 51 напряжение питающей сети, 52 информационный сигнал о состоянии источника 9 питания собственных нужд, 53 сигнал управления симистором 20, 54 сигнал управления транзистором 23 преобразователя 19 повышающего типа, 55 сигнал управления управляемым зарядным устройством 13, 56 выходное напряжение фильтра 18 преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное, 57 напряжение емкостного накопителя 6, 58 выходное напряжение высокочастотного фильтра 5, 59 сигнал управления управляемым разрядным устройством 14, 60 ток аккумуляторной батареи 8, 61 потребляемый из сети ток преобразователем 3 переменного напряжения в постоянное на фиг. 2, 62 потребляемый из сети ток преобразователем 3 переменного напряжения в постоянное на фиг. 3, 63 выходное напряжение генератора пилообразного напряжения 48, 64 выходной сигнал ошибки дифференциального усилителя 42, 65 выходное напряжение компаратора 44, 66 выходное напряжение инвертирующего усилителя 49, 67 выходной сигнал ошибки дифференциального усилителя 43, 68 выходное напряжение компаратора 45, 69 выходное напряжение логического элемента 46.
Входной фильтр 2 радиопомех может быть выполнен по любой из известных схем с режекторным дросселем (см. например Гурвич И.С. Защита ЭВМ от внешних помех. М. Энергоатомиздат, 1984. 210-212 с. рис.8.6), который может быть дополнен быстродействующим ограничителем напряжения для защиты от импульсных перенапряжений малой длительности.
Низкочастотный фильтр 15 и высокочастотный фильтр 5 также могут быть выполнены на любой из известных схем сглаживающих LC-фильтров, обеспечивающих требуемое качество выходного напряжения при известных искажениях на его входе (см. например Кобзев А.В. Михальченко Г.Я. Музыченко Н.М. Модуляционные источники питания РЭА. Томск: Радио и связь, 1990. 134-149 с.).
Инвертор 4 может быть выполнен по мостовой схеме на транзисторах, шунтированных обратными диодами, или на основе диодно-транзисторных модулей типа МТКД, преобразующий постоянное напряжение в переменное с широтно-импульсной модуляцией (см. например, кн. В.С.Моин. Стабилизированные транзисторные преобразователи. М. Энергоатомиздат, 1986, с.18, рис.1.8, с.47-48, с.82, рис. 3.1).
Электронное шунтирующее устройство 16 может быть выполнено на основе симисторов и обеспечивает переход на питание от сети при выходе из строя элементов преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное, инвертора 4, управляемого разрядного устройства 14, либо профилактических работах.
Источник 9 питания собственных нужд может быть выполнен, например, по а. в. СССР N 1001040, кл. G 05 F 1/44 или по схеме с промежуточным звеном постоянного тока, к которому через диод подключается аккумуляторная батарея 8.
Силовая цепь управляемого зарядного устройства 13 может быть выполнена по известной схеме одноключевого импульсного понижающего регулятора (см. например, Четти П. Проектирование ключевых источников электропитания. М. Энергоиздат, 1990, с.206, рис.7.5), а система управления таким регулятором приведена на фиг. 4 настоящего описания.
Управляемое разрядное устройство 14 может быть выполнено по любой из известных схем с повышением напряжения, например по схеме фиг. 2, где дроссель 21 подключается к аккумуляторной батарее 8, либо на основе трансформаторного инвертора тока или напряжения. В тех случаях, когда напряжение аккумуляторных батарей 8 превышает 120-150 В, в качестве разрядного устройства может быть использован транзисторный или тиристорный ключ, а в простейшем случае даже диод.
Измерительный преобразователь 7 представляет собой делитель напряжения (трансформаторный с прецизионным выпрямителем для контроля переменного напряжения входного и выходного по цепи h), или резистивные делители для контроля постоянного напряжения, аналоговый коммутатор, например, на микросхемах КР590КН6 и аналого-цифровой преобразователь, например 1113ПВ1). Примеры конкретного исполнения можно найти, например, в кн. А.-Й.К.Маркинчавичус и др. Бытродействующие интегральные микросхемы ЦАП и АЦП. М. Радио и связь, 1988. 224 с. А.В.Кобзев и др. Стабилизаторы переменного напряжения с высокочастотным широтно-импульсным регулированием. М. Энергоатомиздат, 1986. 35-39 с. и др.
Микропроцессор 10 может быть выполнен на основе однокристальной микроЭВМ типа 1816ВЕ035, 1816ВЕ048 или 1816ВЕ051 (см. например, Каган В.М. Сташин В. В. Основы проектирования микропроцессорных устройств автоматики. М. Энергоатомиздат, 1987, 84-133 с. и др.).
Система бесперебойного электропитания работает следующим образом.
При подключении системы к питающей сети и включении автоматического выключателя 1 (фиг. 1) напряжение 51 (фиг. 5) питающей сети подается через входной фильтр 2 радиопомех на входы преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное, источник 9 питания собственных нужд и измерительного преобразователя 7 и одновременно через низкочасотный фильтр 15 на вход электронного шунтирующего устройства 16 и выходные выводы канала питания периферийных устройств микрокомпьютерной техники (Вых. 1). Кроме того, один из полюсов 1.2 автоматического выключателя 1 подключает аккумуляторную батарею 8 к выходу управляемого зарядного устройства 13 и к выходу управляемого разрядного устройства 14. Информация о выходных напряжениях источника 9 питания собственных нужд поступает на вход измерительного преобразователя 7, который контролирует их величину и формирует в момент времени t1 (фиг. 5) информационный сигнал 52 о состоянии источника 9, поступающий на вход микропроцессора 10. До этого момента времени микропроцессор 10 формирует сигналы 53, 54, 55, 59 нулевого уровня, запрещающие включение какого-либо блока системы. В момент времени t1 реализуется диагностический участок программы, согласно которого контролируется состояние элементов блока аккумуляторных батарей 8 и питающей сети. Если параметры последних находятся в зоне допустимых значений, формируется сигнал 53 управления симистором 20 и реализуется первая стадия "мягкого" пуска системы. В интервале времени t2-t3 плавно увеличивается длительность управляющих импульсов симистора 20 и напряжения 56 на выходе выпрямителя 17 с фильтром 18 (фиг. 2) и напряжение 57 емкостного накопителя 6 также плавно нарастает, ограничивая тем самым величину потребляемого из сети тока 61. При достижении выходного напряжения 56 фильтра 18 своего устанановшегося значения формируется сигнал управления 54 транзистором 23 преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное (фиг. 2, 3), который в интервале времени t3-t4 реализует вторую стадию "мягкого" пуска системы. Длительность управляющих импульсов транзистора 23 преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное плавно увеличивается, осущетвляя дозаряд напряжения 57 емкостного накопителя 6 до требуемой величины с ограничением потребляемого тока 61. Одновременно в момент времени t3 формируется сигнал на включение инвертора 4 с широтно-импульсной модуляцией и выходное напряжение 58 высокочастотного фильтра 5 увеличивается до своего номинального значения. Стабилизация этого напряжения осуществляется по сигналу h (фиг. 1), действующему на инфомационном выходе высокочастотного фильтра 5. Преобразованный измерительным преобразователем 7 в постоянное напряжение этот сигнал с выхода "b" микропроцессора 10 поступает на вход второго дифференциального усилителя 27 (фиг. 2, 3) преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное, где сравнивается с задающим напряжением Uзад и в виде сигнала ошибки поступает на один из входов модулятора длительности импульсов 29. Выходные импульсы этого модулятора 29 подаются на один из входов логического узла 31. В исходном состоянии, если отсутствует сигнал перегрузки по току, снимаемый с датчика 24 тока, и напряжение с выхода делителя 25 значительно отличается от опорного напряжения ограничения Uогр (при этом дифференциальный усилитель 26 насыщен и на его выходе напряжение превосходит амплитуду пилообразного напряжения генертатора 30, а на выходе модулятора 28 длительности импульсов напряжение соответствует уровню логической единицы), на остальных входах логического узла 31 действуют уровни логической единицы, разрешающие прохождение импульсов модулятора 29 на управление транзистором 23, поддерживая на выходе преобразователя 3 переменого напряжения в постоянное напряжение, соответствующее стабильному напряжению на выходе высокочастотного фильтра 5.
В случае перегрузки транзистора 23, инвертора 4 или системы бесперебойного питания по "Вых. 2" ток будет ограничиваться за счет снижения напряжения на емкостном накопителе 6 и на выходе системы, снижая тем самым сигнал обратной связи на входе "b" преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное. Напряжение ошибки на выходе дифференциального усилителя 27 начнет возрастать, стремясь увеличить длительность импульсов модулятора 29 длительности импульсов и, следовательно, напряжения на емкостном накопителе 6. При этом возрастает напряжение, снимаемое с делителя 25 и при приближении его к уровни опорного напряжения ограничения Uогр дифференциальный усилитель 26 выходит из насыщения, его выходное напряжение входит в зону изменения пилообразного напряжения генератора 30 и на выходе модулятора 28 длительности импульсов формируются импульсы, длительность которых будет уменьшаться до тех пор, пока дифференциальный усилитель 27 не насытится и относительная длительность импульсов модулятора 29 не станет равной единице. С этого момента обратная связь по выходному напряжению системы размыкается и замыкается обратная связь по напряжению на емкостном накопителе 6 (по напряжению на делителе 25), обеспечивая ограничение величины напряжения на входе инвертора, а величина тока нагрузки будет определяться внутренним контуром токоограничения.
Таким образом, в любом из перечисленных режимов выходные импульсы четырехвходового логического узла 31 поступают на управление транзисторов 23. Последний подключает дроссель 21 (транзистор 23 открыт и насыщен) к выходу фильтра 18. Под действием напряжения 56 в дросселе запасается энергия, которая при запирании транзистора 23 через диод 22 и первичную обмотку дросселя 11 передается в емкостной накопитель 6, осуществляя поддержание напряжения 57 на требуемом уровне. Поскольку ток в диоде 22 непрерывен, то при включении транзистора 23 на время рассасывания неосновных носителей диода образуется контур протекания сквозного неконтролируемого тока, для ограничения величины которого введен насыщающийся дроссель 11. На интервале рассасывания упомянутых носителей напряжение емкостного накопителя 6 прикладывается к дросселю 11, ток ограничвается, диод вторичной обмотки дросселя заперт, а после рассасывания неосновных носителей в диоде 22 дроссель 11 насыщается. При выключении транзистора 23 (фиг. 2) током дросселя 21 перемагничивается дроссель 11, но поскольку диод вторичной обмотки открывается, величина напряжения на его вторичной (и первичной) обмотке ограничивается на уровне напряжения источника 9 питания собственных нужд (аккумуляторной батареи 10). Энергия, накопленная в дросселе 11, на этапе рассасывания носителей диода 22, отдается в источник 9 питания собственных нужд, снижая тем самым и ток, потребляемый этим источником из питающей сети.
Если в процессе пуска преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное или в процессе работы ток через транзистор 23 начнет превышать установленное значение, сигнал с датчика 23 тока ограничит длительность открытого состояния транзистора 23, реализуя тем самым режим "токоограничения".
Если напряжение аккумуляторных батарей 8 находится ниже его максимального значения, с момента времени t4 формируется сигнал 55 на включение управляемого зарядного устройства 13, реализующий третий этап "мягкого" пуска системы. Длительность управляющих импульсов регулирующего транзистора силовой цепи управляемого зарядного устройства 13 плавно увеличивается и также плавно нарастает ток заряда аккумуляторных батарей 8 и одновременно огианичивается величина потребляемого из сети этим устройством тока. Последующие режимы работы управляемого зарядного устройства 13 поясняются фиг. 4 и 6. Заряд аккумуляторов осуществляется постоянным током с переходом в режим стабилизации напряжения. С момента времени t5 (фиг. 5) устанавливается постоянная величина зарядного тока (положительные полуволны эпюры 60) и величина сигнала ошибки 64 на фиг. 6 (равная разности между заданием на ток jзад и текущим значением тока заряда iзар (фиг. 4) до момента времени t1 не изменяется. При этом на выходе компаратора 44 действует импульсная последовательность 65, определяемая как результат сравнения пилообразного напряжения 63 с выхода генератора 48 и сигнал ошибки 64. Величина задающего напряжения Uзад и текущего значения напряжения на аккумуляторной батарее 8 таковы, что дифференциальный усилитель 43 насыщен и его выходное напряжение 67 в этом интервале времени максимально. На выходе компаратора 45 сигнал соответствует уровню логической единицы, а на выходе логического элемента 46 действуют импульсы 69.
По мере заряда аккумуляторных батарей 8 их выходное напряжение растет и с некоторого момента времени (t6 на фиг. 5 и t1 на фиг. 6) выходное напряжение 67 дифференциального усилителя 43 начинает уменьшаться, при этом на выходе компаратора 45 появляются нулевые паузы, но поскольку развертывающее напряжение на его входе имеет спадающую форму (например, напряжение 63 инвертируется), то длительность импульсов 65 по переднему фронту уменьшается. Этот процесс продолжается до тех пор, пока дифференциальный усилитель 49 не нассыщается (момент времени t3 фиг. 6). С этого момента управляемое зарядное устройство 13 переходит в режим стабилизации напряжения, а ток заряда снижается до величины, компенсирующей ток саморазряда аккумуляторов (интервал времени t6-t7 на фиг. 5). В таком режиме работы микропроцессор 10 осуществляет контроль напряжения питающей сети и элементов аккумуляторных батарей 8, а также выполняет функции диагностического устройства всех блоков системы. При нарушении рабочих режимов любого из блоков, а также отклонение напряжений источника 9 питания собственных нужд, микропроцессор 10 выключает все блоки и включает электронное шунтирующее устройство 16, подключая выходные выводы (Вых. 2) к выходу низкочастотного фильтра 16 и обеспечивает нагрузку нестабильным напряжением сети. В частности отключение управляемого зарядного устройства 13 осуществляется логическим сигналом, поступающим на вход "f" логического элемента 46.
Пусть в момент времени t7 (фиг. 5) входное напряжение 51 скачком увеливается выше установленного предела. Микропроцессор 10 отключает управляемое зарядное устройство 13, симистор 20 преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное и включает управляемое разрядное устройство 14. Симистор 20 выключается и напряжение на входе выпрямителя 17 преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное становится равным нулю. Аккумуляторная батарея 8 начинает через управляемое разрядное устройство 14 разряжаться на нагрузку. На фиг. 5 условно показано, что напряжение 56 при этом возрастает. Поскольку управляемое разрядное устройство 14 подключено ко входу "k" стабилизированного преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное, то его выходное напряжение 57 остается неизменным и, следовательно, стабилизируется и выходное напряжение 58 системы. Время включения разрядного устройства 14 составляет единицы микросекунд, а энергия, запасенная в емкостном накопителе 6, достигает сотен джоулей, поэтому переходные процессы на выходе системы практически отсутствуют и нагрузка питается стабильным напряжением без перерывов в энергообеспечении. По мере разряда аккумуляторных батарей 8 увеличивается величина разрядного тока 60 (отрицательные участки эпюры 60 на фиг. 5).
Если в момент времени t8 напряжение сети 51 уменьшается, например, до своего номинального значения, микропроцессор 10 включают симистор 20, преобразователь 3 переменного напряжения в постоянное, но поскольку емкости фильтра 18 и емкостной накопитель 6 заряжены, то ударных токов заряда не развивается и предвключенных индуктивностей фильтров 2 и 18 достаточно, чтобы ограничить броски тока 61 в интервале времени t8-t9. Одновременно отключается сигналом 59 управляемое разрядное устройство 14 и синалом 55 плавно включается управляемое зарядное устройство 13, осуществляя дозаряд аккумуляторных батарей 8.
Если напряжение питающей сети 51 скачком снижается ниже установленного предела (интервал времени t9-t10) происходит отключение управляемого зарядного устройство 13, включается управляемое разрядное устройство 14 и описанные выше процессы повторяются, но симистор 20 не выключается, так как в таком режиме автоматически запирается выпрямитель 17 преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное.
И наконец, пусть в момент времени t11 напряжение питающей сети скачком уменьшается до нуля. При этом нагрузка питается от аккумуляторных батарей 8 до тех пор, пока напряжение на них не достигнет минимально допустимого значения. Микропроцессор 10 отключает симистор 20 преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное, управляемое разрядное устройство 14 и инвертор 4. Напряжения 56, 57 и 58 становятся равными нулю и система гарантированного энергообеспечения отключается. Ток 60 аккумуляторной батареи 8 снижается до минимального значения, равного потребляемому току микропроцессора 10, который переходит в дежурный режим. Для исключения перезаряда аккумуляторных батарей 8 необходимо отключить автоматический выключатель 1, который разрывавет цепь питания источника 9 питания собственных нужд от аккумуляторных батарей 8 и от питающей сети.
Преобразователь 3 переменного напряжения в постоянное, выполненный на фиг. 2, характеризуется низкой электромагнитной совместимостью с питающей сетью, так как потребляемый из сети ток 61 имеет ярко выраженную несинусоидальную форму, что сопровождается ростом амплитуды этого тока и генерированием в сеть высокочастотных гармоник.
Преобразователь 3 переменного напряжения в постоянное на фиг. 3 работает следующим образом. В интервале времени t2-t3 (фиг. 5) реализуется первая стадия "мягкого" пуска системы как и ранее плавным увеличением длительности проводящего состояния симистора 20. В момент времени t3 по сигналу с микропроцессора 10 начинает плавно увеличиваться величина опорного напряжения ограничения Uогр дифференциального усилителя 26 и его выходное напряжение ошибки, действующее на входе умножающего цифроаналогового преобразователя 33. До этого момента в исходном состоянии импульсы задающего генератора 39 заполняли счетчик 36, который обнуляется с частотой питающей сети импульсами с выхода синхронизатора 37 в моменты перехода напряжения на обмотках трансформатора 38 через нулевое значение. Линейно нарастающий код на выходе счетчика 36 поступает на адресные входы постоянного запоминающего устройства 35, с выхода которого считывается код, изменяющийся по закону "модуль синуса" питающей сети. Поскольку сигнал ошибки дифференциального усилителя 26 был равен нулю, то и выходное напряжение умножающего цифроаналогового преобразователя 33 было равно нулю. По этой причине было равно нулю или имело отрицательную полярность и выходное напряжение дифференциального усилителя 34, несмотря на протекание через первый датчик 32 тока зарядного тока емкостного накопителя 6. Длительность импульсов модулятора 28 длительности импульсов также была равна нулю, поэтому в интервале времени t1-t2 транзистор 23 закрыт. С момента времени t2 начинает возрастать амплитуда выходного напряжения умножающего цифроаналогового преобразователя 33, которое является задающим для контура регулирования тока. По мере роста этого напряжения возрастает и сигнал ошибки на выходе дифференциального усилителя 34 и, следовательно, длительности импульсов на выходе модулятора 28 длительности импульсов. Управляющие импульсы с выхода логического узла 31, длительность которых изменяется по синусоидальному закону, определяют режим работы транзистора 23. При включении транзистора 23 дроссель 21 подключается к напряжению питающей сети, запасая энергию, а при его выключении ток, протекающий в дросселе, замыкается по цепи: дроссель 21 выпрямитель 17 диод 22 дроссель 11 емкостный накопитель 6 выпрямитель 17 датчик 32 тока питающая сеть, заряжая конденсатор накопителя. Напряжение 57 на нем возрастает как показано на фиг. 5. При достижении напряжением 57 заданного значения оно стабилизируется, стабилизируется и задающее напряжение на ток (выходное напряжение преобразователя 33) и упомянутый контур тока стабилизирует синусоидальный ток 62, потребляемый из сети. В остальном процессы не отличаются от рассмотренных ранее. Разрядное устройство 14 в этом случае подключается к выходу выпрямителя 17 через дополнительный дроссель 41, то есть при питании преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное от сети или от аккумуляторной батареи 8 функции накопителя энергии преобразователя повышающего типа попеременно выполняют дроссели 21 и 41.
Ниже рассматривается алгоритм работы микропроцессора 10 на примере системы с блоком аккумуляторов 8, состоящим из трех аккумуляторных секций.
При включении питания системы производится аппаратный сброс микропроцессора 10 и запуск подпрограммы начальной установки (фиг. 7), в соответствии с которой производится выключение всех устройств 4, 13, 14, 3 системы, а также выключение устройства отображения информации. В таком режиме ожидания микропроцессор 10 находится до момента времени t1 (фиг. 5). С появлением на одном из его входов сигнала 52, свидетельствующего об установлении нормальных уровней выходных напряжений источника 9 питания собственных нужд, микропроцессор 10 производит входной контроль работоспособности аккумуляторных батарей 8. Если микропроцессор 10 устанавливает неисправность в одной из батарей, реализуется переход на подпрограмму работы системы без возможности включения резервного канала (метки 5, 6,7 на фиг. 7, 8), одновременно индуцируя номер неисправной батареи (фиг. 8). Производится включение симистора 20 (фиг. 2, 3) и инвертора 4 (фиг. 1). Как описывалось выше, система реализует плавное поочередное включение симистора 20 преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное и выходит в режим стабилизации напряжений 57 и 58 (фиг. 5). В дальнейшем подпрограмма осуществляет непрерывный обегающий контроль аварийной ситуации в системе (контроль наличия сигнала 52, сигнала "авария инвертора") и контроль напряжения питающей сети. При отклонении напряжения питающей сети. При отклонении напряжения питающей сети 51, превышающем установленный диапазон, например 220 B-20%+15%, а также возникновении аварийной ситуации в системе микропроцессор 10 переходит на реализацию подпрограммы "выключение" (метки 1 на фиг. 8, 7), причем переход на эту подпрограмму по сигналу "авария инвертора" осуществляется по прерыванию. Подпрограмма "выключение" производит выключение всех устройств системы и повторный запуск может быть осуществлен только повторным включением автоматического выключателя 1.
В том случае, когда аккумуляторные батареи 8 исправны, микропроцессор 10 реализует "основную ветвь" программы. В начале этого алгоритма (фиг. 7) производится программная установка порогов "рабочего" диапазона напряжения питающей сети "Uсети" верхнего на уровне, например 220 В + 15% и нижнего 220 В 20% После этого производится поочередное включение симистора 20 преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное, инвертора 4 и разрешается прерывание по сигналу "авария инвертора" и микропроцессор 10 осуществляет обегающий контроль сети, аккумуляторных батарей и диагностических сигналов (фиг. 9). Если напряжение сети отклонилось выше или ниже установленных уровней, микропроцессор переходит к реализации подпрограммы работы резервного канала (метка 9 на фиг. 9) (эта ветвь будет описана ниже). Следующим шагом микропроцессор проверяет установку программного флага, который устанавливается в случае превышения напряжения аккумуляторных батарей 10 при заряде предельно допустимого значения. Первоначально включение управляемого зарядного устройства 13 осуществляется после завершения "плавного" пуска преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное и после этого переходит на подпрограмму индикации уровня заряда аккумуляторных батарей 8 программно устанавливаемого диапазона в режиме заряда (метка 2 на фиг. 9, 7). По мере заряда аккумуляторных батарей 8 узел отображения информации индуцирует величину емкости и при достижении предельно допустимого уровня напряжения на батареях управляемое зарядное устройство 13 переходит в режим стабилизации напряжения. Если действительное значение напряжения на аккумуляторных батареях превысит установленный уровень (UАБi > Uзi), управляемое зарядное устройство 13 отключается и микропроцессор 10 переходит на подпрограмму индикации уровня заряда в программно устанавливаемом диапазоне холостого хода (метка 4 на фиг. 9, 7). Повторное включение управляемого зарядного устройства 13 может быть осуществлено лишь тогда, когда напряжение на аккумуляторных батареях 8 не достигнет за счет саморазряда установленного уровня (UАБi > Uoj), что отражено меткой 10 на фиг. 9, 10. При этом микропрцоессор осуществляет сброс программного флага и включает управляемое зарядное устройство 13.
В случае выхода напряжения питающей сети из установленного диапазона, вне зависимости от того, чем вызвано это отклонение отключением сети или провалом, или перенапряжением, микропроцессор переходит к выполнению подпрограммы работы резервного канала (метка 8 на фиг.7, 10 и левая ветвь алгоритма на фиг.9). При этом индуцируется включение "резервного канала", выключаются управляемое зарядное устройство 13 и симистор 20, включается управляемое разрядное устройство 14 и программно измнеяются уставки контролируемого диапазона питающей сети, например, на диапазон 220 B-15%+10%. Изменение этих уставок позволяет исключить высокочастотные процессы перехода из одной ветви программы в другую и связанную с этим динамическую неустойчивость системы и предотвратить аварийные ситуации при незачительных колебаниях напряжения сети около пороговых значений. В этой ветви микропроцессор переходит также на подпрограмму индикации уровня оставшейся емкости аккумуляторных батарей 8, осуществляя обегающий контроль сети и аккумуляторных батарей. Обратное переключение диапазона происходит при входе напряжения питающей сети в "нижний" диапазон 220 B-20%+15%. При этом по метке 3 на фиг. 9, 10 и 7 происходит переход в основную ветвь программы и переключение соответствующих устройств системы на работу от питающей сети (включение симистора 20, выключение управляемого разрядного устройства 14, "плавное" включение управляемого зарядного устройства 13) и возврат к предыдущему уровню уставок напряжения сети (220 В B-20%+15%).
Если при работе резервного канала напряжение питающей сети не входит в установленный диапазон 220 B-15%+10%, работа резервного канала продолжается до тех пор, пока напряжение на аккумуляторных батареях 8 не снизится до минимально допустимой величины, при достижении которой индуцируется номер разряженной батареи и реализуется переход на подпрограмму "выключение" (метки 1 на фиг. 9, 10, 7). Повторный пуск системы может быть осуществлен при появлении (восстановлении) напряжения сети повторным включением автоматического выключателя 1.
И наконец, при аварии в инверторе или преобразователе переменного напряжения в постоянное 3 по прерыванию микропроцессор переходит к подпрограмме "выключение", одновременно включая электронное шунтирующее устройство (фиг. 10).
Таким образом, предложенное техническое решение позволяет повысить надежность системы за счет ограничения напряжения на входе инвертора в режимах перегрузки и в нормальных режимах работы за счет формирования дросселями 11 и 12 траектории переключения ключей инвертора и преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное в области безопасной работы силовых транзисторов, а энергия, накопленная в этих дросселях, используется для питания микропроцессорной системы управления, что сопровождается снижением потребляемого из сети тока.
Надежность также повышается за счет использования оптимального числа элементов аккумуляторных батарей, что также позволяет создавать малогабаритные, компактные системы энергообеспечения ответственных потребителей, чему способствует также и исключение из структуры низкочастотного силового трансформаторного оборудования.
Использование микропроцессорной системы управления позволило без увеличения материальных затрат исключить высокочастотные автоколебательные режимы околограничных значений напряжения, обеспечить безаварийную эксплуатацию аккумуляторных батарей, реализовать при необходимости обмен информацией с питаемыми компьютерами, получить простую и наглядную информацию о состоянии системы.
Введение дополнительного выхода питания периферийных устройств и электронного шунтирующего устройства расширяет функциональные и надежностные возможности системы, а предложенный алгоритм функционирования позволяет использовать систему при авариях аккумуляторных батарей как стабилизатор с высокими фильтрующими свойствами. Кроме того, предложенный вариант построения преобразователя переменного напряжения в постоянное позволяет потреблять из сети неискаженный синусоидальный ток, что сопровождается повышением электромагнитной совместимости системы с питающей сетью и, что особенно важно, с нагрузкой.
Формула изобретения: 1. СИСТЕМА БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ, содержащая последовательно соединенные трехполюсный автоматический выключатель, входной фильтр радиопомех и преобразователь переменного напряжения в постоянное, инвертор и высокочастотный фильтр с информационным выходом, емкостный накопитель, измерительный преобразователь, одним из информационных входов соединенный с выходом входного фильтра радиопомех, а другим с информационным выходом высокочастотного фильтра, блок аккумуляторных батарей, информационным выходом подключенный в третьему информационному входу измерительного преобразователя, источник питания собственных нужд, одним из входов соединенный с выходом входного фильтра радиопомех, систему управления, информационный вход которой соединен с выходами измерительного преобразователя, а управляющие выходы плавного пуска и отключения соединены с управляющими входами инвертора и преобразователя переменного напряжения в постоянное, отличающаяся тем, что система содержит два двухобмоточных дросселя, управляемые зарядное и разрядное устройства, низкочастотный фильтр и двухвходовое электронное шунтирующее устройство, а система управления выполнена в виде микропроцессора с устройством отображения информации и с возможностью формирования на соответствующих выходах сигналов плавного пуска и отключения преобразователя переменного напряжения в постоянное, инвертора и зарядного устройства и сигналов коммутации разрядного и электронного шунтирующего устройств, при этом управляющие выходы системы управления подключены соответственно к управляющим входам упомянутых устройств, один из входов электронного шунтирующего устройства соединен с выходом высокочастотного фильтра, другой с выходом низкочастотного фильтра, вход которого подключен к выходу входного фильтра радиопомех, а выходы электронного шунтирующего устройства образуют первый и второй выходы системы, выходы и входы управляемых зарядного и разрядного устройств попарно объединены и подключены соответственно к второму входу преобразователя переменного напряжения в постоянное и через контакт трехполюсного автоматического выключателя к блоку аккумуляторных батарей, причем выход преобразователя переменного напряжения в постоянное и вход инвертора подключены к входу и выходу емкостного накопителя через первичные обмотки двухобмоточных дросселей, один из выводов вторичных обмоток которых подключены к общей шине системы, а другие выводы через диоды соединены с вторым входом источника питания собственных нужд и через контакт трехполюсного автоматического выключателя с блоком аккумуляторных батарей, а информационный выход источника питания собственных нужд подключен к четвертому входу измерительного преобразователя.
2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что преобразователь переменного напряжения в постоянное содержит последовательно соединенные выпрямитель, фильтр и преобразователь повышающего типа, семистор, включенный в одну из входных шин переменного тока выпрямителя, делитель напряжения, шунтирующий выход преобразователя переменного напряжения в постоянное, первый дифференциальный усилитель, один из входов которого соединен с выходом делителя напряжения, а второй вход предназначен для подключения к источнику опорного напряжения ограничения, второй дифференциальный усилитель, один из входов которого предназначен для подключения к задатчику напряжения, а другой образует первый управляющий вход преобразователя переменного напряжения в постоянное, два модулятора длительности импульсов, одни из входов которых соединены с выходами дифференциальных усилителей, генератор пилообразного напряжения, выходом подключенный к вторым входам модуляторов длительности импульсов, четырехвходовый логический узел гальванической разрядки и токоограничения, один из входов которого соединены с выходами модуляторов длительности импульсов, третий с информационным выходом преобразователя повышающего типа, а четвертый образует второй управляющий вход преобразователя перменного напряжения в постоянное, выходы четырехвходового логического узла гальванической развязки и токоограничения соединены с управляющими входами преобразователя повышающего типа и симистора, причем преобразователь повышающего типа выполнен на дросселе и диоде, включенных последовательно в одну из шин питания, которыми являются выходные шины выпрямителя, к общей точке соединения дросселя и диода подключены последовательно соединенные транзистор и датчик тока, соединенный с второй шиной питания, выход датчика тока образует информационный выход преобразователя повышающего типа, а управляющий вход транзистора его управляющий вход, причем входные шины переменного тока выпрямителя являются входами преобразователя переменного напряжения в постоянное, выходы преобразователя повышающего типа выходами преобразователя переменного напряжения в постоянное а выход фильтра образует второй вход преобразователя переменного напряжения в постоянное.
3. Система по п.1, отличающаяся тем, что преобразователь переменного напряжения в постоянное содержит выпрямитель, последовательно соединенные симистор и первый дроссель, включенные в одну из входных шин переменного тока выпрямителя, первый датчик тока, включенный в другую входную шину переменного тока выпрямителя, второй дроссель, один выход которого соединен с одной из выходных шин выпрямителя, а другой образует второй вход преобразователя переменного напряжения в постоянное, диод, включенный в одну из выходных шин выпрямителя, последовательно соединенные транзистор и второй датчик тока, включенные между выходными шинами выпрямителя, делитель напряжения, шунтирующий выход преобразователя переменного напряжения в постоянное, первый дифференциальный усилитель, один из входов которого соединен с выходом делителя напряжения, а второй вход предназначен для подключения к источнику опорного напряжения ограничения, второй дифференциальный усилитель, один из входов которого предназначен для подключения к задатчику напряжения, а другой образует первый управляющий вход преобразователя переменного напряжения в постоянное, два модулятора длительности импульсов, генератор пилообразного напряжения, четырехвходовый логический узел гальванической развязки и токоограничения, выходы которого подключены к управляющим входам транзистора и симистора, один из входов к выходам модуляторов длительности импульсов, третий вход к второму датчику тока, а четвертый образует второй управляющий вход преобразователя переменного напряжения в постоянное, последовательно соединенные умножающий цифроаналоговый преобразователь и третий дифференциальный усилитель, постоянное запоминающее устройство, счетчик, синхронизатор и согласующий трансформатор, связанный с входом преобразователя переменного напряжения в постоянное, задающий генератор, выходом соединенный со счетным входом счетчика, прецизионный выпрямитель, включенный между первым датчиком тока и вторым входом третьего дифференциального усилителя, при этом выходы постоянного запоминающего устройства подсоединены к информационным входам умножающего цифроаналогового преобразвателя, первые входы первого и второго модуляторов длительности импульсов соединены с выходами третьего и второго дифференциальных усилителей соответственно, а вторые их выходы объединены и подключены к выходу генератора пилообразного напряжения.