СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ С АГРЕГАТОМ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ
ELECTRIC POWER SUPPLY SYSTEM WITH UNINTERRUPTED POWER SUPPLY

Изобретение относится к области вооружения и военной техники, а конкретно к системам электроснабжения.
Известна система электрического пуска двигателя и питания потребителей электрической энергии, состоящая из схемы пуска двигателя и схемы зарядной цепи и питания потребителей электрической энергии (см. Изделие 188А1. Техническое описание. 188А ТО. Часть 1. - с.128. Открытое издание. Прототип).
Схема пуска двигателя предназначена для электрического пуска двигателя. Она включает: аккумуляторные батареи; блок аварийной сигнализации; стартер-генератор (в стартерном режиме); реле стартера-генератора; пусковое устройство стартера; прибор автоматики согласующий; розетку и штепсельный разъем внешнего пуска.
В настоящем изобретении будет рассматриваться только реле стартера-генератора, остальные элементы схемы пуска двигателя с предлагаемой системой не взаимодействуют и не оказывают влияние на порядок ее функционирования. Применение системы электроснабжения с агрегатом бесперебойного питания также не оказывает влияния на работу схемы пуска двигателя.
Схема зарядной цепи и питания потребителей электрической энергии предназначена для обеспечения электроэнергией потребителей и подзаряда аккумуляторных батарей. Схема включает стартер-генератор (работающий в генераторном режиме); реле-регулятор; блок защиты аккумуляторов; вольтамперметр с шунтом и аккумуляторные батареи.
Питание потребителей электроэнергией обеспечивают реле-регулятор, стартер-генератор и аккумуляторные батареи. Вольтамперметр с шунтом является контрольно-измерительным прибором, а блок защиты аккумуляторов относится к устройствам защиты; данные элементы на порядок функционирования предлагаемой системы не влияют и в настоящем изобретении рассматриваться не будут.
При превышении напряжения стартера-генератора над напряжением аккумуляторных батарей на 0,2-1 В реле-регулятор подключает стартер-генератор к бортовой сети. При уменьшении частоты вращения двигателя напряжение стартера-генератора становится ниже напряжения аккумуляторных батарей, и при величине обратного тока 25-50 А реле-регулятор отключает стартер-генератор от бортовой сети.
Когда стартер-генератор отключен от бортовой сети, питание потребителей осуществляют аккумуляторные батареи. Подключенный к бортовой сети стартер-генератор кроме питания потребителей также осуществляет подзаряд аккумуляторных батарей. Стартер-генератор функционирует только при запущенном основном двигателе машины.
Кроме вышеперечисленных систем, предлагаемая в данном изобретении система взаимодействует с тахометром, относящимся к контрольно-измерительным приборам объекта.
Схема зарядной цепи и питания потребителей электрической энергии играет решающую роль в обеспечении боеготовности образца вооружения, поскольку только при ее бесперебойном функционировании в рамках требований технических условий обеспечивается надежное и бесперебойное функционирование всех потребителей боевой машины.
В настоящее время, в связи с увеличением числа потребителей электроэнергии, устанавливаемый на машину стартер-генератор не способен обеспечить их питание электроэнергией заданного качества. А поскольку величина отдаваемой стартером-генератором мощности зависит от частоты работы основного двигателя машины, то значительную часть времени генератор не отдает номинальную мощность.
Так, при повороте башни стабилизатором вооружения с перебросочной скоростью величина потребляемой им мощности возрастает более чем вдвое, а суммарная мощность, потребляемая всеми потребителями электроэнергии, начинает превышать номинальную мощность генератора.
Особенно остро проблема энергообеспеченности возникает при ведении оборонительного боя, когда, исходя из требований маскировки и экономии горючего, основной двигатель образца вооружения работать не будет. В данных условиях в качестве источника электроэнергии в машинах могут быть использованы только аккумуляторные батареи. А поскольку их емкость устанавливается только исходя из условий обеспечения надежного пуска двигателя объекта, то для питания основных потребителей боевой машины их емкости недостаточно.
Таким образом, недостатком схемы зарядной цепи и питания потребителей электрической энергией является несоответствие возможностей входящих в ее состав источников электроэнергии потребностям потребителей боевой машины.
Задачей настоящего изобретения является обеспечить питание потребителей объекта электроэнергией требуемого качества во всех условиях применения объекта.
Эта задача решается за счет введения в состав известной схемы зарядной цепи и питания потребителей электрической энергии агрегата бесперебойного питания, блока управления и блока переключателей, собранных из элементной базы, применяемой в системах объектов бронетанковой техники.
При этом система электроснабжения с агрегатом бесперебойного питания, содержащая стартер-генератор, реле-регулятор, аккумуляторные батареи и отличающаяся тем, что в ее состав дополнительно введены агрегат бесперебойного питания, блок управления и блок переключателей, выходы которого имеют прямую электрическую связь с потребителями электрической энергии, реле стартера-генератора, агрегатом бесперебойного литания и блоком управления, и обратную электрическую связь с реле стартера-генератора, реле-регулятором, блоком управления и агрегатом бесперебойного питания, имеющим, в свою очередь, прямую и обратную электрическую связь с блоком управления, который имеет обратную электрическую связь с тахометром, реле стартера-генератора и реле-регулятором, выходы которого имеют обратные электрические связи со стартером-генератором и реле стартера-генератора, имеющим, в свою очередь, прямую электрическую связь с аккумуляторными батареями и стартером-генератором и обратную электрическую связь с аккумуляторными батареями.
Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена функциональная схема системы электроснабжения с агрегатом бесперебойного питания.
На чертеже приняты следующие обозначения: 1 - потребители электрической энергии (П); 2 - аккумуляторные батареи (АБ); 3 - стартер-генератор (СГ); 4 - реле-регулятор (РР); 5 - реле стартера-генератора (РСГ); 6 - блок переключателей (БП); 7 - агрегат бесперебойного питания (АБП); 8 - блок управления (БУ); 9 - тахометр (Т).
Потребители электрической энергии 1 предназначены для обеспечения функционирования боевой машины по своему предназначению. В данном случае, под потребителями электрической энергии подразумеваются все элементы и системы, для функционирования которых необходима электрическая энергия.
Аккумуляторные батареи 2 предназначены для обеспечения электрической энергией стартера-генератора (в режиме стартера) при пуске основного двигателя (основная функция); питания потребителей при неработающем стартере-генераторе; параллельной «буферной» работы со стартером-генератором. В последнем случае они выполняют две основные задачи: питание потребителей, когда стартер-генератор не обеспечивает отдачу необходимой мощности; сглаживание пульсаций напряжения.
Стартер-генератор 3 предназначен для запуска основного двигателя машины в стартерном режиме, и питания электрической энергией потребителей, и подзарядки аккумуляторных батарей при работающем основном двигателе в генераторном режиме.
Реле-регулятор 4 предназначено для автоматического подключения и отключения стартера-генератора в генераторном режиме от сети электрооборудования, для поддержания напряжения стартера-генератора в заданных пределах, для подавления высокочастотных радиопомех, создаваемых стартером-генератором.
Реле стартера-генератора 5 предназначено для переключения аккумуляторных батарей с одного вида соединения на другой для получения напряжения 48 В при стартерном пуске двигателя.
Блок переключателей 6 предназначен для передачи информации в блок управления о том, какая из систем машины включена, и подключения агрегата бесперебойного питания для питания конкретных элементов или систем из состава потребителей электроэнергии.
Он представляет собой набор реле, переключающих цепи питания потребителей электрической энергии от стартера-генератора к агрегату бесперебойного питания, по сигналу от блока управления. Кроме того, в конструкции блока переключателей предусмотрено автоматическое переключение цепей питания потребителей с агрегата бесперебойного питания на стартер-генератор (аккумуляторные батареи) при отключении системы, питающейся от агрегата бесперебойного питания.
Также в блоке переключателей имеется устройство, понижающее напряжение с 48 до 27 В, для обеспечения питания потребителей во время запуска двигателя машины.
Агрегат бесперебойного питания 7 предназначен для выработки электрической энергии для питания потребителей электроэнергии и подзаряда аккумуляторных батарей (в том числе и в случае выхода из строя стартера-генератора или использовании машины с выключенным двигателем). Мощность агрегата бесперебойного питания должна обеспечивать снабжение потребителей, для питания которых он будет использоваться, электроэнергией требуемого качества в любых режимах их работы.
Агрегат бесперебойного питания может использоваться двумя способами: как вспомогательный источник электроэнергии (основной способ - при работе основного двигателя с частотой, при которой мощность, отдаваемая стартером-генератором, не достаточна для обеспечения всех потребителей электроэнергии) и как основной источник электроэнергии (при неисправном стартере-генераторе или при неработающем основном двигателе машины). Кроме того, агрегат бесперебойного питания может применяться для обеспечения пуска основного двигателя машины.
Агрегат бесперебойного питания представляет собой энергоагрегат, выполненный в виде спарки - "тепловой двигатель-электромашинный генератор". Запуск агрегата бесперебойного питания осуществляется от штатных источников электроэнергии, установленных на машине, но при этом имеется возможность запуска и от внешнего источника электроэнергии, при использовании розетки внешнего запуска базовой машины.
Блок управления 8 предназначен для пуска и управления работой агрегата бесперебойного питания и блока переключателей. Блок управления имеет регулировочные элементы, определяющие условия и порядок срабатывания реле блока переключателей, а также органы управления, обеспечивающие включение, выключение и выбор режима работы системы.
При помощи регулировочных элементов определяется, при включении каких элементов или систем реле блока переключателей осуществит переключение их питания со стартера-генератора (аккумуляторных батарей) на агрегат бесперебойного питания.
Данная система может функционировать в автономном режиме, режиме постоянной работы, следящем режим, режиме резервного источника или не использовать ни один из этих режимов. В последнем случае система электроснабжения с агрегатом бесперебойного питания работает аналогично прототипу.
При неработающем двигателе используется только автономный режим; режим постоянной работы, следящий режим и режим резервного источника применяются только при запущенном двигателе машины.
В автономном режиме, при незапущенном основном двигателе, агрегат бесперебойного питания используется для питания потребителей машины или для обеспечения запуска двигателя.
В режиме постоянной работы, после запуска основного двигателя машины, блок управления осуществляет пуск агрегата бесперебойного питания. Далее блок управления контролирует, какие из потребителей машины включены, и при включении потребителей, для которых определено питание от агрегата бесперебойного питания, подает команду в блок переключателей на переключение данной цепи на питание от агрегата бесперебойного питания. В дальнейшем агрегат бесперебойного питания работает постоянно до смены режима или выключения системы.
При работе в следящем режиме блок управления осуществляет пуск приводного двигателя агрегата бесперебойного питания только после получения сигнала от блока переключателей о включении потребителей, для которых определено питание от агрегата бесперебойного питания. Питание данных систем переключается только после того, как агрегат бесперебойного питания будет запущен; до этого потребители питаются от стартера-генератора (аккумуляторных батарей). Если все потребители, питание которых установлено от агрегата бесперебойного питания, отключаются, то выключается и приводной двигатель агрегата бесперебойного питания. Система функционирует подобным образом до смены режима или выключения системы. В остальном система работает аналогично режиму постоянной работы.
Режим резервного источника является дополнительным и может включаться одновременно с режимом постоянной работы и следящим режимом, также возможно его самостоятельное использование. Если данный режим включен, то система электроснабжения с агрегатом бесперебойного питания, при выполнении определенных условий, переходит на него автоматически.
При включенном режиме резервного источника система функционирует в одном из ранее включенных режимов (режим постоянной работы или следящий режим), при этом блок управления контролирует уровень напряжения стартера-генератора. По сигналу от реле-регулятора о снижении напряжения до уровня, при котором стартер-генератор отключается, а питание потребителей электроэнергии осуществляют аккумуляторные батареи, блок управления подает команду на подключение агрегата бесперебойного питания, для подзаряда аккумуляторных батарей и питания всех потребителей электроэнергии (режим резервного источника).
В отличие от остальных режимов, в режиме резервного источника, для обеспечения обратного подключения генератора для питания потребителей, подается напряжение 24 В (в остальных режимах - 27 В).
При работе в следящем режиме или при функционировании аналогично прототипу и включенном режиме резервного источника подключение всех потребителей происходит также после запуска агрегата бесперебойного питания. Но запуск агрегата бесперебойного питания происходит вне зависимости от того, были ли включены потребители, питание которых установлено от него.
Система выполнена таким образом, что в случае запуска/выключения основного двигателя машины автоматически происходит смена режима функционирования. Если режим, на который должна произойти смена, выключен, то система электроснабжения с агрегатом бесперебойного питания функционирует аналогично прототипу.
Тахометр 9 предназначен для измерения частоты вращения коленчатого вала двигателя.
Работа системы электроснабжения с агрегатом бесперебойного питания поясняется чертежом.
На чертеже приняты следующие обозначения типов сигналов: прерывистая линия - информационный сигнал; сплошная линия - сигнал управления; двойная сплошная линия - питающее напряжение.
Работа прототипа: питание потребителей 1 электроэнергией осуществляется либо от аккумуляторных батарей 2, либо от стартера-генератора 3 (только при запущенном двигателе, если он подключен реле-регулятором 4).
В первом случае ток протекает по цепи: аккумуляторные батареи 2 - реле стартера-генератора 5 - блок переключателей 6 - потребители 1. Во втором случае ток протекает по цепи: стартер-генератор 3 - реле регулятор 4 - блок переключателей 6 - потребители 1 и, одновременно, от блока переключателей 6 на реле стартера-генератора 5 и к аккумуляторным батареям 2.
Реле-регулятор 4 подключает стартер-генератор 3, только если в результате сравнения величин напряжений, поступающих от аккумуляторных батарей 2 и стартера-генератора 3, напряжение стартера-генератора 3 превышает напряжение аккумуляторных батарей 2 на 0,2-1 В.
Для запуска двигателя от аккумуляторных батарей 2 через реле стартера-генератора 5 подается напряжение на стартер-генератор 3, который осуществляет пуск.
Автономный режим: после включения системы электроснабжения ток от аккумуляторных батарей 2 через реле стартера-генератора 5 и блок переключателей 6 начинает поступать к потребителям электроэнергии 1.
Для включения агрегата бесперебойного питания 7 на него, по команде от блока управления 8, поступающей в блок переключателей 6, подается напряжение от аккумуляторных батарей 2. После того, как агрегат бесперебойного питания 7 включился, соответствующий сигнал от него поступает в блок управления 8. По этому сигналу блок управления 8 подает команду в блок переключателей 6 на подключение агрегата бесперебойного питания 7 для питания потребителей 1 и подзаряда аккумуляторных батарей 2. От агрегата бесперебойного питания 6 подается напряжение 27 В.
Во время запуска двигателя реле стартера-генератора 5 осуществляет переключение аккумуляторных батарей 2 на напряжение 48 В, сигнал об этом поступает в блок управления 8.
По этому сигналу блок управления 8 подает команды агрегату бесперебойного питания 7 на переключение на 48 В и блоку переключателей 6 на подачу напряжения 48 В на соответствующие контакты реле стартера-генератора 5. Оттуда, через реле-регулятор 4, напряжение поступает на стартер-генератор 3, и происходит пуск двигателя.
Одновременно по данной команде блок переключателей 6 разобщает цепи питания аккумуляторных батарей 2 и потребителей 1 и включает в цепь питания последних устройство, понижающее напряжение. За счет этого на потребители 1 продолжает подаваться напряжение 27 В.
После запуска реле стартера-генератора 5 осуществляет переключение аккумуляторных батарей 2 с 48 В на 24 В и, одновременно, подает сигнал об этом в блок управления 8. Далее работа системы зависит от того, состоялся ли пуск двигателя или нет.
Если пуск двигателя состоялся - стартер-генератор 3 начинает работать в генераторном режиме, напряжение со стартера-генератора 3 начинает поступать в реле-регулятор 4. Реле-регулятор 4 подает соответствующий сигнал в блок управления 8, который, в свою очередь, подает команды на агрегат бесперебойного питания 7 и блок переключателей 6 о переходе на включенный режим, предусмотренный для запущенного двигателя. Если ни один из режимов не включен - система работает аналогично прототипу.
Если пуск двигателя не состоялся, сигнал о начале работы стартера-генератора 3 в генераторном режиме от реле-регулятора 4 в блок управления 8 не поступает. В этом случае блок управления 8 подает команды на агрегат бесперебойного питания 7 о возобновлении подачи напряжения 27 В и, одновременно, в блок переключателей 6 на переключении цепей в исходное состояние для обеспечения потребителей 1 электроэнергией и подзаряда аккумуляторных батарей 2.
Режим постоянной работы: при включении данного режима система уже функционирует аналогично прототипу.
Блок управления 8 подает сигнал в блок переключателей 6 на подачу питания на агрегат бесперебойного питания 7 для его запуска (если этому не предшествовал режим автономной работы и агрегат бесперебойного питания 7 не был запущен).
Как только агрегат бесперебойного питания 7 запущен, соответствующий сигнал поступает от него в блок управления 8. Пока блок управления 8 не получит данный сигнал - агрегат бесперебойного питания 7 для питания потребителей 1 подключаться не будет.
После запуска агрегата бесперебойного питания 7 система находится в режиме ожидания до тех пор, пока в блок управления 8 не поступит сигнал от блока переключателей 6 о том, что по цепи к потребителям 1, которые должны запитываться от агрегата бесперебойного питания 7, начал протекать ток.
По данному сигналу блок управления 8 подает команду в блок переключателей 6 на переключение этой цепи с питания от стартера-генератора 3 (аккумуляторных батарей 2) на агрегат бесперебойного питания 7.
При размыкании цепи блок переключателей 6 автоматически переключает ее на питание от стартера-генератора 3 (аккумуляторных батарей 2). При этом агрегат бесперебойного питания 7 не выключается, а продолжает работать в холостом режиме.
В дальнейшем система работает аналогичным образом до смены режима или выключения.
Следящий режим: при включении данного режима система уже функционирует аналогично прототипу.
После включения данного режима блок управления 8 подает команду на пуск агрегата бесперебойного питания 7 только после того, как получит сигнал от блока переключателей 6 о том, что по цепи, которая должна запитываться от агрегата бесперебойного питания 7, начал протекать ток.
Порядок запуска агрегата бесперебойного питания 7 аналогичен режиму постоянной работы.
Как только агрегат бесперебойного питания 7 запущен, соответствующий сигнал от него поступает в блок управления 8 (до тех пор пока блок управления 8 не получит данный сигнал - агрегат бесперебойного питания 7 для питания потребителей 1 подключаться не будет). После этого блок управления 8 подает команду в блок переключателей 6 на переключение соответствующей цепи с питания от стартера-генератора 3 (аккумуляторных батарей 2) на агрегат бесперебойного питания 7.
При размыкании цепи блок переключателей 6 автоматически переключает ее на питание от стартера-генератора 3 (аккумуляторных батарей 2). Если от блока переключателей 6 в блок управления 8 не поступает сигнал о протекании тока хотя бы по одной цепи, которая должна запитываться от агрегата бесперебойного питания 7, то блок управления 8 подает сигнал в агрегат бесперебойного питания 7 на его выключение.
В дальнейшем система работает аналогичным образом до смены режима или выключения.
Режим резервного источника: при включении этого режима система уже функционирует аналогично прототипу либо в режиме постоянной работы (следящем режиме).
В данном режиме при поступлении сигнала в блок управления 8 от реле-регулятора 4 о снижении напряжения до уровня, при котором стартер-генератор 3 отключается, а питание потребителей 1 осуществляют аккумуляторные батареи 2, блок управления 8 подает команду на переключение агрегата бесперебойного питания 7 на выработку напряжения 24 В.
Одновременно блок управления 8 подает команду в блок переключателей 6 на подключение агрегата бесперебойного питания 7 для питания всех потребителей 1 и подзаряда аккумуляторных батарей 2 (режим резервного источника включен).
Переключение с режима резервного источника на режим постоянной работы (следящий режим или) происходит после того, как в блок управления 8 поступает сигнал от реле-регулятора 4 о том, что напряжение стартера-генератора 3 превысило напряжение аккумуляторных батарей 2. После чего блок управления 8 подает команду на переключение агрегата бесперебойного питания 7 на выработку напряжения 27 В.
Одновременно блок управления 8 подает команду в блок переключателей 6 на переключение всех цепей, в соответствии с установками регулировочных элементов и включенными потребителями 1 (режим резервного источника выключен).
В дальнейшем система работает аналогичным образом до смены режима или выключения. При выключении режима резервного источника система начинает работать в соответствии с основным включенным режимом.
Автоматический переход с режима постоянной работы (следящего режима или режима резервного источника) на автономный режим происходит по сигналу от блока управления 8, после того как он получит сигнал от тахометра 9, показывающий снижение частоты вращения двигателя до 0 об/мин.
Применение в составе системы электроснабжения агрегата бесперебойного питания позволит улучшить условия функционирования потребителей электроэнергии, увеличить срок их безаварийной работы и, соответственно, повысить эффективность применения самого образца вооружения.
Возможность использования данной системы при неработающем основном двигателе позволяет снизить расход топлива, сохранить ресурс и увеличить продолжительность эксплуатации силовой установки до очередного обслуживания или ремонта.
Еще одним преимуществом предлагаемой системы является обеспечение возможности применения образца вооружения с неисправным генератором, что увеличивает надежность боевой машины.
Предлагаемая система электроснабжения с агрегатом бесперебойного питания изготавливается из элементной базы, применяемой в системах объектов бронетанковой техники.
Таким образом, предлагаемая система электроснабжения с агрегатом бесперебойного питания имеет по сравнению с прототипом следующие преимущества: обеспечивается питание потребителей объекта электроэнергией требуемого качества во всех условиях применения объекта, за счет чего достигается увеличение срока службы элементов и систем боевой машины, возрастает их надежность и эффективность функционирования и, в результате, повышается боевая эффективность образца вооружения.
Литература
1. Изделие 188А1. Техническое описание. 188А ТО. Часть 1. Прототип. 153 с. Открытое издание.