УСТРОЙСТВО БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО КОМПЛЕКСА СВЯЗИ

Полезная модель относится к области электротехники и связи, а именно к технике электропитания средств связи, и может быть использована в корабельных комплексах связи.
Поскольку перерывы в электропитании аппаратуры связи являются недопустимыми для большинства типов аппаратуры, то необходимо иметь устройства, которые обеспечивали бы электропитание аппаратуры связи в переходном режиме, то есть в период от момента нарушения действия основного источника электропитания до момента вступления в действие резервного источника электропитания и устраняли бы полностью или сокращали до минимума перерывы в электропитании аппаратуры связи. В настоящее время в автоматизированных комплексах связи (АКС) надводных кораблей и подводных лодок все больше используются программно-аппаратные средства. Однако их работа напрямую зависит от стабильности параметров электропитания. Особенно неприятным является внезапное пропадание электропитания, которое в корабельных условиях наблюдается достаточно часто. Поэтому при разработке новых комплексов связи надводных кораблей, в которых система управления средствами базируется на программных методах управления, предлагается схема гарантированного электропитания, которая позволяет обеспечивать качественное электропитание программно-аппаратных технических средств, когда первичная сеть не соответствует по своим параметрам требованиям ГОСТ В23 394-77 (вплоть до кратковременного полного пропадания первичного электропитания).
Электропитание АКС обеспечивается от корабельной сети переменного тока 380 В, 50 Гц с параметрами и качеством электроэнергии по ГОСТ РВ 2090-004-2006.
Аппаратура АКС рассчитана на работу с импульсными напряжениями в системе электроснабжения, указанными в таблице 5 и пунктах 14.7 ГОСТ РВ 20.39.309-98.
Преобразование электроэнергии корабельной сети переменного тока 380 В, 50 Гц в электроэнергию с другими параметрами осуществляется преобразователями, входящими в состав АКС.
Известны различные устройства для питания аппаратуры связи в момент отключения основного источника питания. Так, например, патент РФ №2013876 от 30.05.1994 г. устройство позволяет применять для аварийного телефонного аппарата усилитель, получающий напряжение постоянного тока от блока питания, преобразующего акустическую энергию шумов помещения, в котором установлен телефонный аппарат, в электроэнергию.
Известно устройство для питания аппаратуры аварийной телефонной связи, патент РФ №2087997 от 20.08.1997 г. В этом устройстве аварийное электропитание осуществляется за счет батареи, работающей на морской воде.
Также известен и генератор высоковольтных импульсов АС СССР №1567075 от 20.01.1988 г. Генератор содержит источник питания, накопитель энергии, а также управляемый коммутатор и нагрузку.
Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности решения вопроса является система автономного электроснабжения по патенту №2354027, H02J 7/34, содержащая входную электросеть, выпрямитель и аккумуляторную батарею (прототип).
Недостатками как аналогов, так и прототипа является низкая надежность работы устройства, так как при пропадании электроэнергии, то есть в аварийных условиях, устройство в рабочее состояние необходимо приводить вручную, на что требуется дополнительное время.
Целью полезной модели является повышение надежности работы устройства в аварийных условиях, за счет автоматической перекоммутации с основного источника электроэнергии на резервный и обратно.
Поставленная цель достигается за счет того, что в устройство бесперебойного электропитания автоматизированного комплекса связи, содержащее входную электросеть, выпрямитель и аккумуляторную батарею, дополнительно введены блок байпаса, блок зарядного устройства, блок инвертора и блок входного сетевого фильтра, при этом входной сетевой фильтр соединен с инвертором через выпрямитель со схемой корректора коэффициента мощности, причем байпас первым входом соединен с выходной нагрузкой, а вторым входом с зарядным устройством, который через аккумуляторную батарею соединен с преобразователем ДС/ДС, при этом входной сетевой фильтр подавляет выбросы напряжения при переходных процессах в сети и осуществляет фильтрацию высокочастотных помех, а блок байпаса автоматически обеспечивает альтернативный путь для подключения нагрузки непосредственно к сети при перегрузке.
Структурная схема устройства бесперебойного электропитания автоматизированного комплекса связи представлена на фиг. 1. Она состоит из:
1 - входного сетевого фильтра;
2 - выпрямителя со схемой корректора коэффициента мощности;
3 - инвертора;
4 - преобразователя ДС/ДС;
5 - зарядного устройства;
6 - байпаса;
7 - аккумуляторной батареи.
Входной сетевой фильтр 1 - обеспечивает подавление выбросов напряжения при переходных процессах в сети и осуществляет фильтрацию высокочастотных помех.
Выпрямитель и корректор коэффициента мощности 2 - предназначен для преобразования напряжения сети переменного тока в стабилизированное напряжение постоянного тока, обеспечивая при этом практически синусоидальную форму тока, потребляемого из сети. Это позволяет обеспечить входной коэффициент мощности 0,9…1,0.
Инвертор 3 - преобразует напряжение постоянного тока в синусоидальное напряжение с частотой 50 Гц. Силовые транзисторы инвертора коммутируются с частотой 19,2 кГц, обеспечивая высокую надежность и точность формирования выходного напряжения. Энергия постоянного тока поступает на вход инвертора от сети или от аккумуляторной батареи, причем переход от одного режима к другому происходит мгновенно. Преобразователь DC/DC 4 - обеспечивает повышение напряжения аккумуляторной батареи (АБ) до уровня, необходимого для надежной работы инвертора.
Зарядное устройство 5 - обеспечивает заряд АБ 7 при работе устройства в сетевом режиме.
Байпас (BYPASS) 6 - автоматически обеспечивает альтернативный путь для подключения нагрузки непосредственно к сети при перегрузке, перегреве и выходе из строя одного из узлов устройства.
Аккумуляторные батареи 7 предназначены для обеспечения резервным питанием устройства. Емкость одного батарейного блока 48 В, 18 Ач. Количество батарейных блоков набирается до 16 кассетами 6U по два блока в каждой. В качестве АБ 7 используются последовательно включенные герметичные (необслуживаемые) свинцово-кислотные аккумуляторы.
ОПИСАНИЕ И РАБОТА УСТРОЙСТВА
Устройство представляет собой онлайновый источник бесперебойного питания с двойным преобразованием, с однофазным входом и однофазным выходом. Устройство с двойным преобразованием энергии обладает наиболее совершенной технологией по обеспечению качественной электроэнергией, без перерывов в питании нагрузки при переходе с сетевого режима (питание нагрузки энергией сети) на автономный режим (питание нагрузки энергией аккумуляторной батареи) и наоборот, обеспечивая синусоидальную форму выходного напряжения. Повышенные требования к качеству электропитания предъявляют сетевое оборудование, файловые серверы, рабочие станции, персональные компьютеры, оборудование и т.д. Устройство предназначено для осуществления бесперебойного электропитания приборов переменным напряжением ~220 В, 50 Гц. Устройство обеспечивает: круглосуточный непрерывный режим работы; автоматический переход на режим работы от аккумуляторной батареи при пропадании сетевого напряжения; автоматический переход на режим работы от сети при восстановлении сетевого напряжения; защиту нагрузки от короткого замыкания; автоматический заряд/подзаряд аккумуляторной батареи в буфере электропитания автоматизированного комплекса связи в режиме; отключение аккумуляторной батареи при ее разряде на 80…85%.
На фиг. 2 показана передняя панель устройства с ЖК-дисплеем и кнопками управления. Она содержит:
8 - управления - входные величины напряжения, частоты;
9 - время автономной работы от батарей;
10 - ошибка;
11 - звук Вкл./Откл.;
12 - выходные величины напряжения, частоты;
13 - состояния батареи;
14 - режимы работы;
15 - нагрузка.
На фиг. 3 представлен внешний вид устройства.
Электропитание аппаратуры осуществляется через источники бесперебойного питания, обеспечивающие возможность перехода от основной системы электропитания к резервной, построенной на базе дизель-генераторов.
Устройство монтируется в шкаф серверных устройств для обеспечения стабильности работы программно-аппаратных средств и обеспечивает качественное электропитание 220 В первичной сети. Имеет встроенный аккумулятор. Его габариты: 449×256×301 мм, масса 30 кг.
Режимы работы устройства.
Сетевой режим - в этом режиме значение входного напряжения находится в допустимых пределах. Устройство обеспечивает стабильное напряжение питания переменного тока на выходе. Происходит заряд батарей.
ЭКО режим - режим экономии энергии (ЭКО), если значение входного напряжения находится в допустимых пределах, то нагрузка будет питаться по линии байпас, инвертор работает в холостом режиме для экономии энергии.
Режим преобразования - когда входная частота находится в пределах от 40 до 70 Гц, то на устройстве можно установить постоянную выходную частоту 50 или 60 Гц. Устройство продолжит заряд батарей.
Режим Байпас - когда входное напряжение находится в пределах допустимого диапазона, но устройство перегружено, устройство будет работать в режиме байпаса, либо этот режим можно включить вручную на передней панели. В этом случае сигнал аварии будет звучать каждые 10 секунд.
Основные технические характеристики устройства. Полная мощность устройства 1000/2000/3000 Вт. Активная мощность устройства 800/1600/2400 Вт. Номинальное входное напряжение 220 В.
Диапазон входного напряжения без перехода в режим аккумуляторной батареи (АКБ) 110~300 В ± 5%. Диапазон восстановления с режима АКБ в сетевой режим 290 В ± 5%. Допустимые отклонения частоты входного напряжения от 40 до 70 Гц. Коэффициент мощности по входу равен 0,99. Выходное напряжение составляет 200/208/220/230/240 В. Статическая точность выходного напряжения при изменении нагрузки соответствует в пределах 100 ± 1%. Форма выходного напряжения синусоидальная. Коэффициент искажения синусоидальности выходного напряжения при линейной нагрузке - 3%, при нелинейной нагрузке - 6%. Допустимый коэффициент амплитуды тока нагрузки (крест - фактор) соответствует 3 к 1. Общесистемные параметры КПД при номинальной нагрузке - сетевой режим 88/89/90%, автономный режим от АБ 83/87/88%. Перегрузочные способности при 130% составляют 3 секунды. Время срабатывания с сетевого режима на АКБ - 0 секунд, с сетевого режима на байпас - 4 мс. Мощность потерь при отсутствии нагрузки 45/60 Вт.
Таким образом, устройство бесперебойного электропитания за счет автоматической перекоммутации с основного источника электроэнергии на резервный и обратно в аварийных условиях эксплуатации обеспечивает повышение надежности работы автоматизированного комплекса связи, непрерывное круглосуточное питание стоечного оборудования и бортовой сети при наличии внешнего питания и в течение определенного периода времени при работе от аккумуляторов.