МОДУЛЬ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ СТАБИЛИЗИРОВАННЫХ (МВС)

Полезная модель относится к области электротехники, в частности, к источникам вторичного электропитания систем автоматики и может быть использована для электропитания электротехнической аппаратуры, систем связи, автоматики и телемеханики. Заявляемый модуль предназначен для обеспечения питания нагрузки постоянного тока и заряда аккумуляторной батареи и может быть использован, в частности, в применяемых в настоящее время панелях выпрямительно-преобразовательных электрической централизации крупных железнодорожных станций (ПВП-ЭЦК).
Известно зарядно-выпрямительное устройство УЗАТ-24-30, содержащее трансформатор, соединенный с управляемым выпрямителем, который через фильтр нагружен на аккумуляторную батарею и управляется регулятором угла включения тока выпрямителя. Фильтр служит для снижения пульсации выпрямленного напряжения на батарее и нагрузке. Режимами работы устройства управляют контакты реле форсированного заряда. Регулятором является широтно-импульсный модулятор (ШИМ), работа которого основана на принципе вертикального управления. ШИМ представляет собой блок, состоящий из формирователя пилообразного напряжения, соединенного с генератором импульсов и выпрямителя. При этом ШИМ вырабатывает импульсы управления тиристорами управляемого выпрямителя. Устройство содержит также формирователь импульсов, датчик максимального тока, два шунта с одного из которых снимают сигнал, пропорциональный току нагрузки, с другого - сигнал, пропорциональный току заряда, регулируемые резисторы, через которые подаются сигналы от напряжения батареи. Выпрямитель в ШИМе служит для первоначального питания формирователя пилообразного напряжения и генератора импульсов при работе устройства без аккумуляторной батареи. Импульсы с выхода генератора импульсов через формирователь импульсов подаются на вход управляемого выпрямителя. Датчик максимального тока связан с шунтом и срабатывает при превышении допустимого тока заряда (Автоматика, телемеханика и связь, №2, 1989, с.20).
Данное устройство предназначено преимущественно для использования в выпрямительно-преобразовательной панели для применения в электрической
централизации крупных станций. Токи нагрузки таких станций могут иметь в несколько раз отличающиеся значения. Для ускорения заряда батареи после автономной работы используется режим заряда при повышенном напряжении на ней. Ток заряда батареи в этом режиме должен иметь ограниченное значение. Поэтому в мощном зарядно-выпрямительном устройстве, работающем в этом режиме, имеется регулятор выходного тока. При использовании одного такого устройства, в случае его выхода из строя, происходит обесточивание нагрузки (станции). Для повышения надежности требуется использование нескольких зарядно-выпрямительных устройств, что увеличивает габаритные размеры и массу конструкции. Роль второго блока, например, при использовании в панели типа ПВП-ЭЦК, применяемой для питания систем электрической централизации, выполняет блок ППВ, изготавливаемый ЗАО ЭТЗ «ГЭКСАР».
Известно использование маломощных зарядно-выпрямительных стабилизаторов, которые для увеличения выходного тока включаются параллельно, а для резервирования имеют избыточное количество блоков питания стабилизированных (БПС), применяемых в выпрямительно-преобразовательной панели. Для ограничения тока заряда батареи блоки БПС в ней разделены на две группы: блоки питания нагрузки и блоки заряда батареи, разделенные друг от друга полупроводниковыми диодами (Автоматика, телемеханика и связь, №1, 1999).
В данном устройстве предусмотрена возможность управления зарядом, ограничение тока заряда батареи на допустимом уровне, а также индикация сигнала аварии. Однако в устройстве БПС не объединены в единый модуль, что не позволяет использовать его в качестве самостоятельного изделия и, соответственно, производить быструю замену в действующих панелях ПВП-ЭЦК.
Известен источник питания, предназначенный для питания радиотехнических установок средней и большой мощности с высокими требованиями к выходным параметрам системы питания, а также для обеспечения резервирования аппаратуры питания. Источник содержит несколько работающих на общие шины нагрузки параллельно включенных стабилизаторов, каждый из которых подключен на нагрузку через разделительный диод (развязывающий вентиль). Каждый из стабилизаторов снабжен двумя однотипными делителями напряжения с усилителем, один из которых подключен на шины нагрузки, а другой - на выход каждого из стабилизаторов до развязывающего вентиля (Авторское свидетельство №399841, G 05 F 1/56, H 02 J 9/00).
Однако в данном устройстве отсутствует возможность отключения части блоков, а также возможность формирования сигнала аварии.
Известен стабилизированный источник питания, состоящий из N компенсационных стабилизаторов напряжения, подключенных выходами к общей нагрузке. Каждый из стабилизаторов напряжения состоит из регулирующего элемента и резистивного датчика тока, включенных последовательно в одну из силовых шин стабилизатора. К управляющему входу регулирующего элемента подключен выход дифференциального усилителя постоянного тока, инвертирующий вход которого соединен со средней точкой резисторного делителя выходного напряжения (Авторское свидетельство №451987, G 05 F 1/56, H 02 m 3/14).
Однако в данном устройстве также отсутствует возможность отключения части блоков и формирования сигнала аварии.
Наиболее близким к заявляемому является стабилизированный источник питания, состоящий из N компенсационных стабилизаторов напряжения, подключенных выходами к общей нагрузке. Каждый из стабилизаторов напряжения состоит из регулирующего элемента и резистивного датчика тока, включенных последовательно в одну из силовых шин стабилизатора. К управляющему входу регулирующего элемента подключен выход дифференциального усилителя постоянного тока, инвертирующий вход которого соединен со средней точкой резистивного делителя выходного напряжения (Авторское свидетельство №1291951, G 05 F 1/56).
Однако в данном устройстве, как и в предыдущих, также отсутствует возможность отключения части блоков и формирования сигнала аварии.
Задачей полезной модели является создание устройства, обеспечивающего возможность индикации аварии, а также варьирования подачи тока нагрузки и тока заряда батареи в требуемом диапазоне путем отключения от модуля части блоков - стабилизаторов напряжения с одновременным исключением их из индикации аварии.
Поставленная задача решается тем, что в модуле выпрямителей стабилизированных, содержащем N-стабилизаторов напряжения с отрицательной обратной связью, каждый из которых подключен параллельно к общей нагрузке через разделительные диоды, согласно предлагаемому решению, введены последовательно соединенные N формирователей сигнала индикации аварии, по крайней мере, один из которых выполнен с возможностью отключения сигнала индикации аварии, каждый стабилизатор выполнен с возможностью формирования сигнала аварии и снабжен дополнительным выходом сигнала аварии с открытым коллектором, каждый из которых соединен с формирователем сигнала индикации аварии.
В модуль дополнительно введен узел формирования сигналов повышенного напряжения для каждого стабилизатора по внешнему сигналу, стабилизаторы выполнены с возможностью перехода в режим повышенного напряжения и соединен с выходом узла, вход которого соединен с внешним сигналом перехода в режим повышенного напряжения.
При этом обратная связь выполнена на дифференциальных приемниках (с высоким входным сопротивлением).
Формирователи сигнала индикации аварии выполнены на оптореле.
Заявляемое устройство поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема устройства
Позициями на чертеже обозначены: 1 - стабилизаторы напряжения, 2 разделительные диоды, 3 - формирователи сигнала индикации аварии с нормально разомкнутыми контактами, 4 - узел формирования сигналов повышенного напряжения, 5 - ключ выключения блока 3 из формирования сигнала индикации аварии, 6 - светодиод, 7 - предохранитель стабилизатора напряжения.
Заявляемое устройство состоит из металлического каркаса, в котором размещены маломощные зарядно-выпрямительные стабилизаторы напряжения 1, включенные параллельно. Количество стабилизаторов определяется суммой максимального тока нагрузки и максимального тока заряда аккумуляторной батареи и некоторой избыточностью данного параметра для нормального функционирования модуля при неисправности одного стабилизатора. Стабилизаторы напряжения 1 выполнены с возможностью формирования сигнала аварии, который реализуется с помощью выходной транзисторной оптопары с открытым коллектором на выходе. Выходы стабилизаторов напряжения 1 соединены параллельно через разделительные диоды 2. Для компенсации падения напряжения на разделительных диодах и в цепях питания нагрузки стабилизаторы имеют отрицательную обратную связь с высоким входным сопротивлением, позволяющим избежать падение напряжения в цепях обратной связи. Устройство содержит также формирователи сигнала индикации аварии с нормально разомкнутыми контактами 3, узел формирования сигналов повышенного напряжения 4, ключ 5 выключения блока 3 из процесса формирования сигнала индикации аварии, светодиод 6, индицирующий выключение (исключение) блока из процесса формирования сигнала индикации аварии.
Формирователи сигнала индикации аварии 3 состоят из оптореле (например, КР239КП2А), токоограничительного резистора и защитного диода. Выходы
формирователей сигнала индикации аварии, блоков 3, соединены последовательно. Узел формирования сигналов повышенного напряжения 4 состоит из параллельно включенных резисторов, количество которых выбрано равным количеству стабилизаторов напряжения, и которые позволяют подать стабилизаторам напряжения команду «повышенное напряжение» по внешнему сигналу форсированный заряд (ФЗ) с полупроводникового реле напряжения (РНП). Стабилизатор напряжения 1 имеет два выхода, один из которых предназначен для выходного питания, а второй для формирования сигнала аварии, и три входа, один из которых предназначен для подачи питания сети, второй - для формирования сигнала обратной связи от нагрузки, третий - для подачи сигнала команды «повышенное напряжение». Выходы стабилизаторов напряжения, предназначенные для формирования сигнала аварии соединены с соответствующими входами формирователя сигнала индикации аварии 3. Входы стабилизаторов напряжения 1 соединены с соответствующими резисторами узла формирования сигналов повышенного напряжения 4 по внешнему сигналу от РНП. Вход формирования сигнала обратной связи от нагрузки в стабилизаторе напряжения предназначен для компенсации падения напряжения на разделительном диоде и соединительных проводах. Контроль неисправности стабилизаторов напряжения осуществляется за счет последовательного включения нормально разомкнутых контактов контроля исправности, которые имеются в каждом стабилизаторе. При необходимости получения меньшего суммарного тока нагрузки и тока аккумуляторной батареи часть стабилизаторов удаляется, а контрольные нормально замкнутые контакты изъятых стабилизаторов шунтируются переключением контактов соответствующих разъемов устройства. В случае выключения одного из стабилизаторов напряжения и необходимости исключения его из формирования сигнала аварии, один из ключей 5, соответствующий отключенному блоку, ставится в положение «выкл.», при этом шунтируется выходной каскад формирователя аварии соответствующего стабилизатора напряжения и замыкается цепь питания светодиода 6, индицирующего выключение (исключение) блока из формирования сигнала индикации аварии.
Был изготовлен модуль выпрямителей стабилизированных (МВС) (фиг.1), представляющий собой металлический каркас с расположенными в нем элементами устройства и обеспечивающий двустороннее обслуживание. В качестве стабилизаторов напряжения были использованы блоки питания стабилизированные типа БПС-30В/10А-12, расположенные с зазором друг относительно друга, обеспечивающим охлаждение блоков. Каждый БПС рассчитан на номинальный выходной ток не менее 12А.
Максимальное значение тока, ограничиваемого БПС, составляет 12А+0,5. В устройстве использовано 7 стабилизаторов напряжения с выходной мощностью 350 Вт из расчета обеспечения питания релейной нагрузки и заряда батареи. По питанию БПС защищены предохранителями 7, установленными в цепях питания БПС. Блоки отделены друг от друга диодами 2 (VD1-VD7). Модуль содержит три ключа 5, и, соответственно, три светодиодных индикаторов 6, расположенные на лицевой панели, закрепленной в каркасе. С задней стороны модуля на кронштейне установлен штепсельный разъем, через который осуществляется подключение модуля к панели ПВП-ЭЦК. В верхней части модуля на кронштейне закреплена плата, на которой расположены формирователи сигнала индикации аварии 3, узел формирования сигналов повышенного напряжения 4 и ключи выключения блока 3 из формирования сигнала индикации аварии. Ключи выполнены в виде перемычек с использованием разъемов - вилки и гнезда, расположенных с задней стороны модуля. Гнезда разъемов собраны на платах и закрыты перфорированной крышкой. Для измерения выходного тока каждого БПС на его лицевой панели имеются соответствующие контрольные гнезда, напряжение на которых, измеренное вольтметром с входным сопротивлением не менее 1 МОм, пропорционально выходному току БПС с коэффициентом передачи 2 А/В. Модуль выполнен с возможностью контроля срабатывания предохранителей, реализованного в виде дополнительных контактов, которыми снабжены держатели предохранителей. В случае перегорания предохранителей они замыкают внешнюю цепь контроля срабатывания предохранителей.
Модуль выполнен с возможностью автоматического резервирования БПС за счет их избыточности. Это необходимо в том случае, когда суммарный ток нагрузки и заряда батареи в модулях становится менее 60 А. При уменьшении тока нагрузки модули выполнены с возможностью изъятия из них до трех БПС, а также ручного отключения дистанционного контроля этих блоков и включения соответствующей индикации 6 отключаемых блоков на лицевой панели МВС. Модуль обеспечивает питание нагрузки напряжением постоянного тока, как в режиме непрерывного подзаряда, так и в режиме ускоренного заряда.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
Сигналы аварии блоков питания БПС вырабатываются этими блоками и по цепям А1-А7 (см. фиг.1) передаются через оптореле DD1-DD7 на реле контроля модуля выпрямителей (КМВ) для включения индикации исправности модуля выпрямителей («ИМВ») на табло диспетчерского пульта (ДСП). При исправности БПС, оптроны
открыты, реле МВС находится под током и «ИМВ» светится непрерывно. При изъятии стабилизаторов напряжения СН5-СН7 переставленная соответствующая перемычка SW1-SW3 на лепестках 1-2 шунтирует выход оптопары и обеспечивает правильную работу реле КМВ. При неисправности БПС или перегорании их предохранителей 7, оптрон обесточивается, размыкая реле КМВ и выключая индикацию «ИМВ». На лицевой панели БПС выключается индикатор, сигнализирующий о нормальной работе блока или предохранителя.
Т.о., заявляемое устройство, представляющее собой объединенные в модуль стабилизаторы напряжения, размещенные в рамочном каркасе с соответствующими габаритными размерами, позволяет производить быструю замену им используемого в настоящее время в панелях ПВП-ЭЦК устройства УЗАТ-24-30. Для случаев, когда в нагрузке присутствует резервная аккумуляторная батарея без разделительного диода между батареей и остальной нагрузкой, предусмотрена возможность отключения части стабилизаторов напряжения. Отключение части блоков необходимо для ограничения тока заряда резервной батареи.