ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ АППАРАТУРЫ СВЯЗИ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в качестве источника питания аппаратуры связи, предъявляющей повышенные требования к стабильности напряжения.
Известен источник питания аппаратуры связи, содержащий трехфазную сеть, трехфазный асинхронный двигатель, источник постоянного тока, двигатель постоянного тока и синхронный генератор, причем трехфазный асинхронный двигатель, двигатель постоянного тока и синхронный генератор установлены на общем валу [1]. При наличии напряжения сети вращение общего вала обеспечивает трехфазный асинхронный двигатель, поэтому синхронный генератор выдает электроэнергию заданного качества для питания аппаратуры связи, а при пропадании напряжения сети общий вал вращается от двигателя постоянного тока, так как отсутствие напряжения в сети приводит к автоматическому включению двигателя постоянного тока к источнику, например, аккумуляторной батарее. Ввиду того, что время перехода от сети к источнику постоянного тока не превышает 3 с, то время перерыва в электроснабжении аппаратуры связи практически малозаметно из-за инерционности элементной базы. Однако данному источнику присущи и недостатки, среди которых основными являются: сравнительно низкая надежность из-за большого числа электрических машин, объединенных общим валом.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой полезной модели является источник питания аппаратуры связи, содержащий аккумуляторную батарею с первым и вторым выводами, зажимы сети,
выпрямительное устройство, разделительный диод, шины постоянного тока, объединенные общим валом, вентильный двигатель и синхронный генератор, и шины трехфазного тока, при этом первый вывод аккумуляторной батареи подключен к шинам постоянного тока непосредственно, а второй вывод - через разделительный диод, вход выпрямительного устройства соединен с зажимами сети, а выход его подключен к шинам постоянного тока, соединенным с вентильным двигателем, причем выход синхронного генератора соединен с шинами трехфазного тока [2]. Данный источник отличается простой схемой, повышенной надежностью, так как общим валом объединены только две электрические машины, однако ему свойственны и недостатки, среди которых наиболее существенными является нестабильность выводного напряжения, так как частота вращения вала вентильного двигателя зависит от величины напряжения питания, а величина напряжения синхронного генератора зависит от частоты вращения вала вентильного двигателя.
Технический результат полезной модели заключается в повышении стабильности напряжения синхронного генератора.
Требуемый технический результат достигается тем, что в источнике питания аппаратуры связи, содержащем аккумуляторную батарею с первым и вторым выводами, зажимы сети, выпрямительное устройство, разделительный диод, шины постоянного тока, объединенные общим валом, вентильный двигатель и синхронный генератор, и шины трехфазного тока, причем первый вывод аккумуляторной батареи подключен к шинам постоянного тока непосредственно, второй вывод - через разделительный диод, вход выпрямительного устройства соединен с зажимами сети, выход - подключен к шинам постоянного тока непосредственно, а выход синхронного генератора соединен с шинами трехфазного тока, введен регулятор постоянного напряжения, содержащий последовательно соединенные: измерительный орган, усилительно-преобразовательное
устройство и исполнительный орган, при этом исполнительный орган устанавливается между шинами постоянного тока и вентильным двигателем, вход измерительного органа соединен с шинами трехфазного тока, вход усилительно-преобразовательного устройства соединен с выходом измерительного органа, а выход указанного устройства подключен к входу управления исполнительного органа. На чертеже представлена структурная схема источника питания аппаратуры связи.
Источник содержит аккумуляторную батарею с первым 1-1 и вторым 1-2 выводами, зажимы сети 2, выпрямительное устройство 3, разделительный диод 4, шины постоянного тока 5, регулятор постоянного напряжения 6, содержащий исполнительный орган 6-1, усилительно-преобразовательное устройство 6-2 и измерительный орган 6-3, вентильный двигатель 7, объединенный общим валом с синхронным генератором 8, и шины трехфазного тока 9, при этом первый вывод 1-1 аккумуляторной батареи 1 подключен к шинам постоянного тока 5 непосредственно, второй вывод 1-2 через разделительный диод 4, вход выпрямительного устройства 3 соединен с зажимами сети 2, а выход подключен к шинам постоянного тока 5 непосредственно, шины постоянного тока 5 соединены с входом исполнительного органа 6-1 регулятора постоянного напряжения 6, причем выход исполнительного органа 6-1 соединен с вентильным двигателем 7, объединенным общим валом с синхронным генератором 8, соединенным с шинами трехфазного тока 9, при этом шины 9 соединены с измерительным органом 6-3 регулятора постоянного напряжения 6, причем измерительный орган 6-3 соединен выходом с входом управления исполнительного органа 6-1 через усилительно-преобразовательное устройство 6-2 указанного регулятора 6. Все элементы структурной схемы источника серийно выпускаются отечественной промышленностью. Регулятор постоянного напряжения 6 может быть выполнен по схеме, описанной в [3] или по схеме, описанной в [4], при этом в измерительном органе могут быть:
чувствительный элемент с выпрямителем переменного трехфазного напряжения, генератор эталонного напряжения и схема сравнения; усилительно-преобразовательное устройство может быть выполнено на основе магнитного или полупроводникового усилителей, а в качестве исполнительного органа может быть использован регулирующий транзистор. Использование регулятора постоянного напряжения 6 вызвано тем, что частота вращения вала вентильного двигателя 7 определяется по формуле
U
d
где  - напряжение, приложенное к двигателю;
I
d
- среднее значение потребительного тока;
R
- сопротивление цепи якоря;
C
- постоянная ЭДС двигателя;
K
u
- коэффициент инвертирования;
Ф
- полный магнитный поток, зависящий от стабильности
напряжения шин постоянного тока 5.
Колебания и отклонения частоты вращения вала двигателя 7 предопределяют колебания и отклонения ЭДС фаз синхронного генератора 8, так как:
ω
pn
где =;
M
m
- взаимная индукция фаз;
I
b
- ток возбуждения генератора;
p
- число пар полюсов.
Источник питания аппаратуры связи работает следующим образом. В режиме сети трехфазное переменное напряжение с зажимов сети 2 поступает на вход выпрямительного устройства 3, где оно преобразуется в постоянное. С выхода выпрямительного устройства 3 постоянное
напряжение поступает на шины постоянного тока 5. но так как его величина выше напряжения аккумуляторной батареи 1, то разделительный диод 4 будет закрыт и аккумуляторная батарея 1 разряжаться не будет. Определенная часть напряжения шин постоянного тока 5 в зависимости от состояния исполнительного органа 6-1 регулятора постоянного напряжения 6 поступает на вход вентильного двигателя 7, который начинает вращаться со скоростью, определяемой по формуле (1). Вращение объединенного вала предопределяет вращение ротора синхронного генератора 8, ЭДС фаз которого поступает на шины трехфазного тока 9, от которых получают питание потребители. В случае, когда напряжение сети на зажимах сети 2 отсутствует, выпрямительное устройство 3 обесточено, разделительный диод 4 открывается, аккумуляторная батарея 1 начинает разряжаться и с помощью ее выводов 1-1 и 1-2 на шинах постоянного тока 5 появляется напряжение. Остальная часть схемы работает по описанному выше алгоритму. При набросах или сбросах нагрузки, напряжение на шинах трехфазного тока 9 будет отличаться от заданного значения, поэтому измерительный орган 6-3 выдает сигнал об увеличении напряжения генератора 8, который усилится по амплитуде в усилительно-преобразовательном устройстве 6-2 и поступает, например, на базу-эмитер регулирующего транзистора исполнительного органа 6-1, указанный транзистор откроется сильнее и на вход вентильного двигателя 7 поступит напряжение большей величины. Указанный двигатель увеличит скорость вращения вала, и синхронный генератор выдаст большее значение ЭДС, в соответствии с формулами (1) и (2), поэтому любое изменение напряжения на шинах трехфазного тока 9 будет компенсировано изменением напряжения питания вентильного двигателя 7, что обеспечивает постоянную частоту вращения его вала, чем и обеспечивается требуемый технический результат.
Источники, принятые во внимание:
1. Электротехнический справочник. Т4. Под ред. В.Г.Герасимова М., МЭИ, 2002, стр.32, рис.55.33,а.
2. Патент №61959 от 23.11.2006. Система электропитания аппаратуры автоматики и связи. Кириллов Н.П., Мельников И.В., Катаржин А.В., заявка на полезную модель №2006141374/22 от 23.11.2006.
3. Багуц В.П., Ковалев Н.П., Костроминов A.M. Электропитание устройств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи. М., Транспорт, 1991, стр.108, рис.5.10,а,б.
4. Электропитание устройств связи. Под ред. Ю.Д.Козляева. М., Радио и связь, 1998, стр.300, рис.6.35.