Источник бесперебойного энергоснабжения

Полезная модель относится к источникам бесперебойного энергоснабжения электронного, электрического или электромеханического оборудования с заряжаемым от сети накопителем энергии и может быть использована для бесперебойного электропитания упомянутого оборудования, в том числе удаленно установленного оборудования трубопроводного транспорта.
Известно устройство для энергоснабжения электронного, электрического или электромеханического оборудования по патенту РФ 2441307 (опубл. 27.01.2012). Устройство содержит заряжаемый источник питания (1) для предоставления энергии оборудованию, блок управления (2) заряжаемым источником питания, соединенный через разъем (4) с внешним источником питания и имеющий возможность мониторинга и обеспечения контролируемой зарядки заряжаемого источника питания (1), и соединенный с заряжаемым источником питания блок управления (3) оборудованием для управления передачей энергии от заряжаемого источника питания к оборудованию. Заряжаемый источник питания (1) предоставляет энергию оборудованию во время его работы.
Основным недостатком устройства является то, что в нем не предусмотрено энергоснабжение оборудования непосредственно от внешнего источника питания. Поэтому заряжаемый источник питания постоянно работает при работе оборудования, что сокращает срок службы заряжаемого источника питания и снижает эффективность работы устройства.
Известно устройство для заряда аккумулятора по патенту РФ 2238608 (опубл. 20.10.2004). Устройство содержит внешний источник питания постоянного тока, соединенный с нагрузкой основной линией питания. К основной линии питания подключено зарядное устройство, включающее в себя преобразователь напряжения (1), ключевой элемент (2), генератор импульсов управления зарядом (3) и блок определения наличия аккумулятора (4). Зарядное устройство соединено через выключатель (7) с аккумулятором (8). Аккумулятор связан через выходной фильтр (6) с нагрузкой резервной линией питания.
Подключение питающего напряжения к нагрузке осуществляется с помощью электронного переключателя по основной линии питания, при обесточенных резервной линии питания и соединенных с ней модулях схемы. В случае отсутствия питающего напряжения питание нагрузки осуществляется от аккумулятора по резервной линии питания, основная линия питания и соединенные с ней модули схемы при этом обесточены. Постоянная обесточенность части модулей схемы снижает функциональные возможности устройства.
Другим недостатком устройства является то, что оно имеет два выхода, один из которых служит для снабжения нагрузки основным напряжением питания, а другой - для снабжения нагрузки резервным напряжением. Т.е. подключаемая нагрузка должна иметь два входа, что ограничивает применение широкого ряда нагрузок, имеющих один вход.
Следующим недостатком является отсутствие визуального контроля режимов работы (заряда аккумулятора, работы от аккумулятора), правильности подключения аккумулятора, наличия или отсутствия сети, а также сложность конструкции, что снижает надежность устройства и повышает себестоимость изделия.
За ближайший аналог выбран источник бесперебойного электропитания по патенту РФ 114564 (опубл. 27.03.2012). Данный источник содержит выпрямитель (11), подключенный к питающей сети переменного напряжения. Выпрямитель (11) соединен с нагрузкой (5) через последовательно включенные в линию основного питания зарядное устройство (12) и разрядное устройство (13). Зарядное устройство (12) обеспечивает заряд аккумуляторной батареи (19) стабилизированным напряжением, разрядное устройство (13) служит для обеспечения питания нагрузки (5) от аккумуляторной батареи (19). Индикаторное устройство (6) соединено с источником кабелем.
Недостатком источника является последовательное включение в линию основного питания зарядного устройства (12) и разрядного устройства (13). Это приводит к тому, что устройства (12) и (13), в схему которых входят энергозатратные элементы, постоянно работают и при наличии, и при отсутствии в сети нормального напряжения, что снижает энергоэффективность источника бесперебойного электропитания и надежность его работы.
Другой недостаток источника заключается в том, что в нем не предусмотрены запуск в работу при отсутствии сетевого питания и разряженной аккумуляторной батарее, работа от альтернативных источников энергии постоянного тока, дозаряд батареи до ее полного заряда. Это ограничивает функциональные возможности источника.
Удаленное расположение от источника индикаторного устройства (6) при обрыве соединительного кабеля может привести к нештатной ситуации.
Предлагаемая полезная модель решает проблему расширения области применения устройства, а именно обеспечения электроэнергией удаленных мест, где требуются высокая
2
энергоэффективность и возможность использования в качестве внешнего источника питания автономных источников энергии малой мощности.
Техническим результатом полезной модели является энергоэффективная работа источника бесперебойного энергоснабжения при наличии в сети нормального напряжения и при пониженной мощности питающей сети.
Поставленная задача решена тем, что источник бесперебойного энергоснабжения, как и ближайший аналог, содержит основную линию питания для соединения внешнего источника питания с нагрузкой, зарядное устройство, соединенное с аккумуляторной батареей, соединенной с разрядным устройством.
В отличие от ближайшего аналога, зарядное и разрядное устройства электрически параллельно подключены к основной линии питания, причем зарядное и разрядное устройства подключены соответственно ко входу и выходу управляемого ключа, имеющего возможность замыкания основной линии питания при питании нагрузки от сети нормального напряжения и размыкания основной линии питания при заряде аккумуляторной батареи от сети пониженной мощности с переведенным в режим ожидания разрядным устройством.
Кроме того, зарядное устройство выполнено с возможностью регулирования зарядного тока в широком диапазоне значений.
Кроме того, зарядное устройство выполнено с возможностью дозаряда батареи до ее полного заряда, производимого постоянным током меньшей величины в течение более длительного времени.
Сущность полезной модели поясняется с помощью блок-схемы предлагаемого устройства.
Предлагаемый источник бесперебойного энергоснабжения содержит основную линию питания 1 для соединения внешнего источника питания 2 с нагрузкой 3 (электронным, электрическим или электромеханическим оборудованием). При работе от питающей сети переменного тока основная линия питания 1 содержит выпрямитель 4, подключенный к питающей сети переменного тока. Зарядное устройство 5 и разрядное устройство 6 электрически параллельно подключены к основной линии питания 1. При этом зарядное устройство 5 подключено ко входу управляемого ключа 7, разрядное устройство 6 - к выходу управляемого ключа 7. Аккумуляторная батарея 8 соединена с зарядным 5 и разрядным 6 устройствами. Управляемый ключ 7 своим входом соединен со служебным источником питания 9 через первый диод 10 в его прямом направлении, и своим выходом соединен со служебным источником питания 9
3
через второй диод 11 в его прямом направлении. Служебный источник питания 9 соединен с блоком управления 12, соединенным с модулем индикации (на чертеже не показан). Датчик напряжения 13 и датчик тока 14 установлены на выходе аккумуляторной батареи 8. Расцепитель 15 установлен на выходе аккумуляторной батареи 8. Расцепитель 15 может быть выполнен в виде реле. Датчики напряжения (на чертеже не показаны) установлены на входе зарядного устройства 5 и на входе выпрямителя 4.
Устройство работает следующим образом.
При работе от сети переменного тока и наличии в сети нормального напряжения питающее напряжение поступает на выпрямитель 4, который преобразует переменное напряжение электрической сети в стабилизированное постоянное напряжение. Это напряжение через замкнутый управляемый ключ 7 поступает в нагрузку 3 в качестве основного питающего напряжения и на вход зарядного устройства 5, которое обеспечивает стабилизацию напряжения и тока на заданном уровне, необходимом для заряда аккумуляторной батареи 8. Питание на служебный источник питания 9 поступает через первый 10 и второй 11 диоды.
После заряда батареи 8 может быть произведен дозаряд батареи 8 до ее полного заряда. Дозаряд батареи 8 зарядное устройство 5 производит постоянным током меньшей величины в течение более длительного времени. По окончании дозаряда аккумуляторной батареи 8 блок управления 12 по сигналам датчика тока 14 и датчика напряжения 13 переводит зарядное устройство 5 в режим ожидания. При этом полностью заряженная батарея 8, имеющая увеличенный ресурс, переходит в режим сохранения заряда, что способствует повышению энергоэффективности. При дозаряде батареи питание служебного источника питания 9 осуществлено через первый диод 10.
При пониженной мощности питающей сети блок управления 12 размыкает управляемый ключ 7 и запускает заряд аккумуляторной батареи пониженным током. Напряжение поступает на зарядное устройство 5, которое обеспечивает заряд аккумуляторной батареи 8 пониженным током в течение более длительного времени. При этом величина зарядного тока может плавно регулироваться зарядным устройством 5 по управляющему сигналу блока управления 12 в широком диапазоне. Такой режим работы позволяет использовать в качестве внешнего источника питания 2 автономные источники энергии, такие как солнечные батареи, ветрогенераторы и др. Питание на служебный источник питания 9 при разомкнутом управляемом ключе 7 поступает через первый 10 диод.
4
При исчезновении питающего напряжения блок управления 12 запускает разрядное устройство 6, которое берет питание с аккумуляторной батареи 8 и повышает напряжение до соответствующего уровня, необходимого для питания нагрузки 3. При этом питание служебного источника питания 9 от аккумуляторной батареи 8 осуществлено через второй диод 11.
Благодаря параллельному подключению к основной линии питания 1 зарядного 5 и разрядного 6 устройств, указанные устройства при наличии заряженной батареи 8 и сетевого напряжения переводятся в режим ожидания; при заряде батареи разрядное 6 устройство переводится в режим ожидания, и при работе от батареи 8 зарядное 5 устройство переводится в режим ожидания. В результате применения энергосберегающего режима ожидания повышается энергоэффективность источника бесперебойного электропитания и надежность его работы.
Предлагаемый источник бесперебойного энергоснабжения работает не только от сети переменного тока, но и от автономных источников постоянного тока сравнительно небольшой мощности, например, солнечной батареи или ветрогенератора, что существенно расширяет его функциональные возможности. Причем плавное регулирование зарядного тока в широком диапазоне значений позволяет использовать автономные источники различной выходной мощности.
Служебный источник питания 9 получает питание и при наличии сетевого напряжения, и при его отсутствии и работе от аккумуляторной батареи. Вышеуказанное позволяет гарантированно обеспечить питанием блок управления 12, модуль индикации и другие элементы схемы, что повышает надежность работы источника. Информация о режимах работы источника и состоянии основных элементов его схемы отображается на модуле индикации.