ЩИТ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПИТАНИЕМ

Полезная модель относится к области преобразования и распределения электрической энергии и может быть использована в мобильных автоматизированных системах управления.
Известен наиболее близкий по технической сущности к заявляемой полезной модели щит управления электропитанием, содержащий блок коммутации сетей, блок контроля первичной сети и блок чередования фаз (соответствуют блоку контроля параметров сетей предлагаемой полезной модели), блок подключения потребителей (соответствует блоку защиты и подключения потребителей предлагаемой полезной модели), блок коммутации вторичного напряжения (соответствует блоку защиты и подключения вторичному), блок контроля вторичной сети и блок контроля заряда аккумулятора (соответствуют блоку контроля напряжений предлагаемой полезной модели), плата контроля и сигнализации (соответствует плате управления, контроля, сигнализации предлагаемой полезной модели), индикаторные элементы (соответствуют элементам индикации предлагаемой полезной модели). Недостатком прототипа являются недостаточные функциональные возможности устройства, ограничивающие его эксплуатационные характеристики (отсутствие системы защиты по вводам 380/220 В, системы защиты, управления и коммутации по вводам 27 В, АКБ (аккумуляторных батарей) и системы подключения, управления освещением не позволяет использовать щит в изделиях, которые не оснащены этими системами).
Технической задачей полезной модели является создание устройства с расширенными функциональными и эксплуатационными возможностями.
Поставленная задача решена со следующими техническими результатами:
- обеспечена защита источников электроэнергии переменного тока 380/220 В от перегрузки по току, защита персонала от поражения электрическим током;
- обеспечена защита источников электроэнергии 27 В и АКБ от перегрузки по току и обеспечено управление коммутацией напряжений;
- обеспечена коммутация напряжений от источников электроэнергии 27 В и АКБ;
- обеспечено подключение и управление освещением.
Для достижения указанных технических результатов заявляемый щит управления электропитанием, содержащий блок контроля параметров сетей, три входа которого соединены с промышленной сетью и двумя электроагрегатами, блок коммутации сетей с элементами индикации 220 В, четвертый вход которого соединен с четвертым выходом блока контроля параметров сетей, блок защиты и подключения потребителей с элементами индикации 220 В, вход которого соединен с выходом блока коммутации сетей, а выходы - с шестью линиями потребителей, блок защиты и подключения вторичный с элементами индикации 27 В, выходы которого соединены с шестью линиями потребителей, блок контроля напряжений с платой управления, контроля, сигнализации и элементами индикации 27 В, дополнительно содержит блок защит, пять входов которого соединены с тремя выходами блока контроля параметров сетей, с цепями заземления и вторым выходом блока коммутации сетей, три выхода соединены с тремя входами блока коммутации сетей, а четвертый - с четвертым входом блока контроля параметров сетей, блок защиты и управления, три входа которого соединены с двумя источниками напряжения 27 В и АКБ, блок коммутации с элементами индикации 27 В, два выхода которого соединены с двумя входами блока защиты и подключения вторичного, первые три входа соединены с первыми тремя выходами блока защиты и управления, вторые три входа соединены со вторыми тремя выходами блока защиты и управления и тремя входами блока контроля напряжений, блок подключения и управления освещением с элементами индикации 27 В, два входа которого соединены с двумя выходами блока коммутации, а выходы - с двумя линиями цепей освещения.
При этом, блок контроля параметров сетей содержит три указателя напряжения и три реле контроля наличия и чередования фаз; блок защит содержит выключатель дифференциальный по вводу СЕТЬ, три автоматических выключателя с тремя независимыми расцепителями, три реле, защитное отключающее устройство, содержащее реле безопасности, трансформатор, кнопку и розетку для цепей заземления; блок коммутации сетей содержит три тракта коммутации напряжения, один вывод обмотки контакторов подключен к фазе соответствующего тракта, а второй - через нормально замкнутые контакты двух других контакторов к блоку контроля параметров сети, входы контакторов подключены к соответствующим выходам блока защит, а выходы объединены и подключены ко входам блока защиты и подключения потребителей; блок защиты и управления содержит три датчика тока, подключенных входами и выходами к плате управления, контроля, сигнализации, элементы индикации >Iн 27 В1, >Iн 27 В2, Iн АКБ, <27 В, >27 В, =27 В, подключенные к соответствующим выходам платы управления, контроля, сигнализации, тумблер подключения (отключения) АКБ, кнопку сброса; блок коммутации содержит три тракта коммутации напряжения 27 В, каждый их которых состоит из контактора и элемента индикации, выводы обмоток контакторов подключены к выводам платы управления, контроля, сигнализации, входы контакторов подключены к соответствующим выходам блока защиты и управления, а выходы 27 В1 и АКБ объединены; блок подключения и управления освещением содержит два автоматических выключателя, контактор, два реле, тумблер выбора режима освещения и шесть элементов индикации 27 В; плата управления, контроля, сигнализации содержит три тракта контроля напряжения 27 В, три тракта контроля напряжений 27 В2, 27 В1, АКБ, состоящих каждый из компаратора, логических элементов, силового ключа, три тракта контроля выходного напряжения датчиков тока с элементами памяти, тракт формирования временной задержки, состоящий из логических элементов, двоичного счетчика, резисторов, конденсатора, источник напряжений +/-15 В; элемент индикации 27 В состоит из последовательно соединенных резистора и светодиода; элемент индикации 220 В состоит из последовательно соединенных резистора, диода и светодиода, параллельно которому в обратной полярности подключен второй диод.
Блок защит обеспечивает защиту источников электроэнергии переменного тока 380/220 В от перегрузки по току, защиту персонала от поражения электрическим током при появлении на корпусе опасных напряжений, а также с помощью устройства защитного отключения.
Блок защиты и управления обеспечивает защиту источников электроэнергии 27 В и АКБ от перегрузки по току и обеспечивает управление коммутацией напряжений.
Блок коммутации обеспечивает коммутацию напряжений от источников электроэнергии 27 В и АКБ на потребителей.
Блок подключения и управления освещением обеспечивает подключение и управление режимами освещения.
Полезная модель представлена на чертежах:
фиг.1 - структурная схема щита,
фиг.2 - схема электрическая принципиальная блока контроля параметров сетей,
фиг.3 - схема электрическая принципиальная блока защит,
фиг.4 - схема электрическая принципиальная блока коммутации сетей,
фиг.5 - схема электрическая принципиальная блока защиты и подключения потребителей,
фиг.6 - схема электрическая принципиальная блока защиты и управления и блока контроля напряжений,
фиг.7 - схема электрическая принципиальная блока коммутации,
фиг.8 - схема электрическая принципиальная блока защиты и подключения вторичного,
фиг.9 - схема электрическая принципиальная блока подключения и управления освещением,
фиг.10 - схема электрическая принципиальная платы управления, контроля, сигнализации,
фиг.11 - схема электрическая принципиальная элемента индикации 220 В,
фиг.12 - схема электрическая принципиальная элемента индикации 27 В.
Щит управления электропитанием содержит:
блок 1 контроля параметров сетей (БКПС), блок 2 защит (БЗ), блок 3 коммутации сетей (БКС), блок 4 защиты и подключения потребителей (БЗПП), блок 5 защиты и управления (БЗУ), блок 6 коммутации (БК), блок 7 контроля напряжений (БКН), блок 8 защиты и подключения вторичный (БЗПВ), блок 9 подключения и управления освещением (БПУО), а также входные и выходные цепи: 10 - подключения защитного отключающего устройства, 11 - подключения промышленной сети и двух электроагрегатов, 12 - подключения источника напряжения 27 В2, 13 - подключения источника напряжения 27 В1, 14 - подключения АКБ, 15 - выход напряжений 380/220 В на линию 1 - линию 6, 16 - выход напряжений 27 В на линию 7 - линию 12, 17 - первый выход цепей освещения, 18 - второй выход цепей освещения, плата 19 управления, контроля, сигнализации (ПУКС).
На фиг.2-9 введены следующие обозначения:
С1, С2 - конденсаторы; DA1 - микросхема стабилизатора; DA2-DA6 - микросхемы компараторов; DD1 - микросхема 2И-НЕ; DD2, DD6 - инверторы; DD3 - триггеры; DD4 - двоичный счетчик; DD5, DD9 - микросхемы 2И; DD7, DD8 - силовые ключи; UZ - источник напряжений +/-15 В; RP1-RP6 - потенциометры; R1-R29 - резисторы; VD1-VD4 - диоды; BF1 - элемент звуковой сигнализации; И220 В1-И220 В9 - элементы индикации 220 В; И27 В1-И27 В23 - элементы индикации 27 В; КМ1-КМ7 - контакторы; РТ1 - счетчик времени наработки; QF1 - выключатель дифференциальный; QF2-QF18 - автоматические выключатели; SA1, SA2 - тумблеры; SB1 - кнопка; ХР1-ХР6 - вилки; XS1-XS14 - розетки; ХТ1-ХТ21 - клеммы.
Щит управления электропитанием работает следующим образом.
Напряжение от одного, двух или трех источников электропитания трехфазного переменного тока 380/220 В поступает на вход(ы) ХР1, ХР2, ХР3 БКПС 1, при этом на указателях напряжения индицируются значения фазных напряжений источника(ов) - СЕТЬ, Э/АГРЕГАТ 1, Э/АГРЕГАТ 2, а на реле контроля наличия и чередования фаз при правильном чередовании фаз будет свечение зеленого индикатора единичного, будут замкнуты исполнительные контакты реле, через которые нейтраль выбранного источника напряжения при включенном соответствующем автоматическом выключателе (по вводу СЕТЬ - и выключателя дифференциального) БЗ 2 подключится к обмотке контактора БКС 3, коммутирующего напряжение выбранного источника через нормально замкнутые контакты других контакторов, что блокирует одновременное включение нескольких контакторов. При наличии напряжения 380/220 В на выходе БКС 3 (входе БЗПП 4) будет свечение элемента индикации КМС (или) КМА1, (или) КМА2.
Автоматические выключатели QF5-QF7 БЗПП 4 коммутируют трехфазное напряжение на линии 1-3 соответственно для подключения потребителей с помощью розеток XS2-XS4, автоматические выключатели QF8-QF10 коммутируют однофазное напряжение на линии 4-6 соответственно для подключения потребителей с помощью розеток XS5-XS7. Наличие напряжения на линиях вызывает свечение соответствующих элементов индикации.
Через вилки ХР4-ХР6 и датчики тока БЗУ 5 напряжения от источников напряжения 27 В и АКБ, являющейся источником постоянного напряжения 24 В для кратковременного питания потребителей 27 В, поступают на клеммы ХТ1-ХТ3 ПУКС 19 для анализа и транслируются на БК 6. С клемм ХТ8, ХТ9 ПУКС 19 на датчики поступают напряжения +/-15 В, а выходы датчиков подключены к клеммам ХТ5-ХТ7. Минусовые выводы источников напряжения 27 В и АКБ объединены и подключены к клемме ХТ4 ПУКС 19 и транслируются на БК 6. Результаты анализа напряжений источников и АКБ, выходных параметров датчиков тока отображаются с помощью элементов индикации БЗУ 5 и БК 6. При наличии напряжений формируются сигналы для включения соответствующих контакторов БК 6. При возникновении перегрузки источников или АКБ выходной(ые) сигнал(ы) датчиков превышает(ют) установленный порог и на ПУКС 19 снимется(утся) сигнал(ы) включения соответствующего(их) контактора(ов) БК 6. Повторное включение отключенного источника или АКБ - после нажатия кнопки СБРОС БЗУ 5. Счетчик времени наработки работает при наличии напряжения (ий) на входах ПУКС 19.
БК 6 коммутирует напряжения от источников 27 В и напряжение АКБ на два направления. На одно направление - напряжение одного источника 27 В и напряжение АКБ, на другое - напряжение второго источника 27 В. Постоянное напряжение с каждого из выходов БК 6 подается на три автоматических выключателя QF11-QF13, QF14-QF16 БЗПВ 8 и на два автоматических выключателя QF17,QF18 БПУО 9 соответственно.
К выходам автоматических выключателей QF11-QF13 БЗПВ 8 подключены розетки XS8-XS10 («ЛИНИЯ 7»-«ЛИНИЯ 9») и соответствующие элементы индикации, а к выходам автоматических выключателей QF14 - QF16 подключены розетки XS11-XS13 («ЛИНИЯ 10»-«ЛИНИЯ 12») и соответствующие элементы индикации.
Напряжение, поступающее через автоматический выключатель QF17 БПУО 9 обеспечивает работу дежурного и маскировочного освещения. При включении тумблера ОСВЕЩЕНИЕ в положение ОБЩ обмотки реле KV5, KV6 обесточены и через нормально замкнутые контакты этих реле напряжение подключено к цепям дежурного освещения. При включении тумблера ОСВЕЩЕНИЕ в положение MACK и при отсутствии 0 В на входах Блокир. 1, Блокир. 2 розеток XS14, XS15 (контакты дверных выключателей разомкнуты) напряжение подключено к цепям дежурного освещения. При наличии 0 В на входах Блокир. 1, Блокир. 2 розеток XS14, XS15 (контакты дверных выключателей замкнуты) реле KV5, KV6 включаются и напряжение подключено к цепям маскировочного освещения.
Напряжение, поступающее через автоматический выключатель QF18 БПУО 9, обеспечивает работу общего освещения. При включении тумблера ОСВЕЩЕНИЕ в положение ОБЩ обмотка контактора КМ7 обесточена и через нормально замкнутые контакты контактора напряжение подключено к цепям общего освещения. При включении тумблера ОСВЕЩЕНИЕ в положение MACK контактор КМ7 включается и напряжение отключается от цепей общего освещения. Наличие напряжения в цепях освещения вызывает свечение соответствующего элемента индикации.
ПУКС 19 контролирует напряжения и токи нагрузки источников 27 В, напряжение и ток нагрузки АКБ и формирует сигналы включения (отключения) соответствующих контакторов, БК 6, преобразует напряжение 27 В в напряжения +/-15 В для датчиков тока, +9 В - для питания микросхем ПУКС 19, формирует временную задержку перед отключением контактора АКБ при достижении величины разряда АКБ предельного значения.
Напряжения с источников напряжения 27 В и АКБ через клеммы ХТ1-ХТ4, делители напряжения RP1, RP5, RP6 поступают на инверсные входы компараторов DA5.2, DA6. Компараторы DA5.2, DA6.1 контролируют напряжения источников напряжения 27 В 1 и 27 В2, a DA6.2 - напряжение АКБ, для чего на их неинверсные входы через делители R13, R19; R14, R20; R15, R21 подаются опорные напряжения. Переменные резисторы позволяют настраивать порог срабатывания компаратора. При напряжении источников напряжения 27 В ниже 25 В и напряжении АКБ ниже 20,5 В происходит переключение компараторов в состояние логической единицы, что приводит к отключению сигналов включения контакторов источников напряжения 27 В и появлению сигнала на клемме ХТ20 (АКБ Р) на определенный промежуток времени от двух до пяти минут, формируемый счетчиком DD4 с помощью микросхем DD1.3, DD1.4, DD2.4 и генератора на микросхемах DD1.1, DD1.2, конденсаторе С2, резисторах R5, R6 перед снятием сигнала включения контактора АКБ.
Напряжения с источников напряжения 27 В и АКБ через диоды VD4-VD6 также поступают на инверсные входы компараторов DA4.1, DA4.2, DA5.1, а на их неинверсные входы через делители R10, R16; R11, R17; R12, R18 подаются опорные напряжения, обеспечивающие контроль величины напряжения <26.7 В, >27.6 В, =27-27.4 В. Выходы компараторов через инверторы DD2.5, DD2.6, DD4.1 подключены к клеммам ХТ11-XT13.
Выходы датчиков тока 27 В и АКБ через клеммы ХТ1-ХТ4 подключены к нагрузочным резисторам R1-R3 и через диоды VD1-VD3 поступают на неинверсные входы компараторов DA2.1, DA2.2, DA3.1, а на их инверсные входы через делители напряжения RP2-RP6 подаются опорные напряжения.
Питание схемы осуществляется от +27 В (входы ХТ1 и ХТ2) и от +24 В (вход ХТ3) через диоды VD4-VD6 с помощью гасящего резистора R4 и микросхемы DA1. На ПУКС 19 установлен источник напряжений +/-15 В для питания датчиков тока. Звуковая сигнализация включается при разряженной АКБ, а АКБ считается разряженной при снижении напряжения до 20,5 В.
Заявляемый щит управления электропитанием является многофункциональным устройством с расширенными эксплуатационными возможностями и используется, преимущественно, в мобильных изделиях, не оснащенных системами электропитания, защиты и освещения. Кроме того, щит имеет приемлемые габариты и массу.
Источник информации.
Патент RU 2406201 С2; МПК Н02В 15/00; 2010 г. (прототип).