УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ОТ НЕГАРАНТИРОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Полезная модель относится к гарантированному электроснабжению телекоммуникационного оборудования от негарантированных источников, в частности в условиях регулярного (дневного) отключения электроэнергии.
Значительная часть телекоммуникационного оборудования и оборудования систем видеонаблюдения питается от сети 220 вольт через блоки питания напряжением 12 вольт. При использовании стандартной схемы обеспечения бесперебойного питания, посредством источника бесперебойного питания (ИБП), который преобразует напряжение аккумуляторов в переменное напряжение 220 вольт, блок питания устройства преобразует 220 в 12 вольт, теряется или рассеивается в виде тепла до 50% энергии за счет большого количества преобразований напряжения. Гораздо более энергоэффективно запитывать устройства сразу от аккумуляторов.
Из уровня техники известен источник вторичного энергопитания (патент РФ №2161358, МПК H02J 9/06, опубликовано 27.12.2000 г.), содержащий датчик состояния питающей сети, импульсный высокочастотный преобразователь с индуктивно-емкостным фильтром, цепи заряда и разряда аккумуляторной батареи, устройство управления перехода нагрузки с сети питания на аккумулятор и наоборот, выполненное на компараторах определения энергетического состояния аккумуляторной батареи и основной сети, полупроводниковый ключ разряда аккумуляторной батареи. При этом отрицательная шина аккумулятора, отрицательная шина сети и отрицательная шина нагрузки образуют отрицательную общую точку питания, а зарядная цепь аккумуляторной батареи включена с сетью последовательно через преобразователь.
Недостатками данного технического решения являются сложная электрическая схема, а также значительное снижение времени разряда аккумуляторной батареи при снижении напряжения ниже номинального по каким-либо техническим причинам или использования энергии нестабильного источника электропитания, при этом пониженное напряжение источника не используется.
Известна система бесперебойного энергоснабжения (патент РФ №2524355, МПК H02J 9/06, опубликовано 27.07.2014 г.), содержащая аккумуляторную батарею, систему питания потребителей, блок управления, блок стартерного режима, блок параллельной работы с сетью и прочими устройствами, блок зарядных устройств, коммутационный блок по постоянному току, связанный через конверторный блок и блок зарядных устройств с аккумуляторной батареей, и коммутационный блок по переменному току, связанный через блок зарядных устройств с аккумуляторной батареей; система питания потребителей включает коммутационный блок нагрузки постоянного тока, связанный через конверторный блок с аккумуляторной батареей, и коммутационный блок нагрузки переменного тока, связанный через инверторный блок с аккумуляторной батареей; блок управления взаимосвязан с блоком зарядных устройств, инверторным блоком, каждой аккумуляторной батареей и каждым конверторным блоком.
Недостатком данной системы является сложная схема, содержащая значительное количество рабочих блоков.
Известен источник вторичного электропитания(патент РФ №2234182, МПК H02J 3/28, опубликовано 10.08.2004 г.), содержащий импульсный высокочастотный преобразователь с индуктивно-емкостным фильтром и широтно-импульсным модулятором, выход которого подключен к нагрузке, аккумуляторную батарею с цепью заряда и содержащую полупроводниковый ключ с цепью разряда, устройство управления полупроводниковым ключом, подключенное к датчику состояния питающей сети, притом аккумуляторная батарея соединена с питающей сетью последовательно через полупроводниковый ключ, нагрузку и импульсный высокочастотный преобразователь, зарядное устройство выполнено в виде DC/DC-преобразователя, подключенного входом к выходу импульсного высокочастотного преобразователя параллельно нагрузке, а выходом подключенного к аккумуляторной батарее.
Недостатком данного источника является ограниченная область применения, так как нагрузка подключается только к напряжению 12 в и не позволяет использовать 220 в, а также сложная электронная схема для обеспечения питания нагрузки одновременно от аккумуляторных батарей и от питающей сети.
Задачей полезной модели является обеспечение бесперебойного питания оборудования с максимальной энергоэффективностью в условиях регулярного отключения электроэнергии.
Техническим результатом является повышение КПД устройства, повышение надежности электроснабжения потребителей и продление времени разряда аккумуляторных батарей за счет исключения ступеней преобразования напряжения, а также уменьшение времени заряда аккумуляторных батарей за счет коммутации питания нагрузки между аккумуляторными батареями и блоком питания.
Технический результат достигается устройством электропитания от негарантированных источников содержащим ввод источника основного электропитания, соединенный с зарядным блоком, который соединен с блоком аккумуляторных батарей, первый выход которого соединен с нагрузкой через распределительный блок, второй выход соединен с блоком мониторинга, подключенным к сети Интернет, а третий выход соединен с инвертором, соединенным со вводом источника основного электропитания, а выход инвертора соединен с распределительным блоком, к которому подсоединен также блок питания, соединенный со вводом источника основного электропитания, к которому подсоединен также блок поддержания температуры.
Согласно полезной модели блок поддержания температуры включает два термостата, электрический обогреватель и два вентилятора.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где представлена блок-схема предлагаемого устройства электропитания от негарантированных источников.
Устройство электропитания от негарантированных источников содержит ввод источника основного электропитания 1, соединенный с зарядным блоком 2, который соединен с блоком аккумуляторных батарей 3, первый выход которого соединен с нагрузкой 4 через распределительный блок 5, второй выход соединен с блоком мониторинга 6, подключенным к сети Интернет (на чертеже не обозначено), а третий выход соединен с инвертором 7, соединенным со вводом источника основного электропитания 1, а выход инвертора 7 соединен с распределительным блоком 5, к которому подсоединен также блок питания 8, соединенный со вводом источника основного электропитания 1, к которому подсоединен также блок поддержания температуры 9.
Блок поддержания температуры 9 включает два термостата, электрический обогреватель и два вентилятора (на чертеже не обозначено). При наличии напряжения на вводе 1основногоэлектропитания устройства зарядныйблок2 повышенной мощности заряжает герметичные свинцово-кислотные аккумуляторные батареи (АКБ) напряжением 12 вольт. Зарядный ток подобран таким образом, чтобы зарядить АКБ за 6 часов на 80%. Емкость АКБ подбирается таким образом, чтобы питать нагрузку в течение 24 часов, плюс 20% к получившейся емкости. При наличии напряжения на вводе электропитания, если мощности зарядного блока недостаточно для одновременной зарядки АКБ и питания нагрузки, распределительный блок 5 коммутирует нагрузку на блок питания 8 напряжением 12 вольт, таким образом позволяя зарядному блоку максимально эффективно заряжать АКБ. К блоку АКБ подключен также инвертор 7 (12 вольт - 220 вольт), который позволяет при необходимости питать нагрузку переменным напряжением 220 в.
Блок мониторинга 6 следит за напряжением на АКБ, и в случае глубокого разряда сигнализирует об этом по каналу связи через сеть Интернет, либо по GSM каналу в случае отсутствия доступа к сети Интернет. Для свинцово-кислотных аккумуляторов напряжение полного разряда принято считать равным 10,5 вольт.
Конструктивно устройство выполнено в виде металлического шкафа с теплоизоляцией, установленного на постаменте. В боковых стенках шкафа имеются два отверстия для вентиляции, оборудованные решетками и пылевыми фильтрами. Изнутри на решетках закреплены вентиляторы: приточный и вытяжной. Для более эффективной вентиляции следует устанавливать вентиляторы на противоположных стенках, причем вытяжной следует установить в верхней части шкафа, а приточный - в нижней. Блок поддержания температуры 9 включает два термостата, электрический обогреватель и два вентилятора. В случае повышения температуры в шкафу выше установленного максимального уровня первый термостат включает вентиляторы, которые производят отвод излишков тепла за пределы шкафа, по достижении нормальной температуры термостат их отключает. При падении температуры ниже минимального уровня второй термостат включает обогреватель и отключает его при достижении нормальной температуры. Во время отсутствия электропитания тепло будет сохраняться за счет теплоизолирующих свойств шкафа и большой теплоемкости АКБ.
Таким образом, исключение ступеней преобразования напряжения и коммутация питания нагрузки между АКБ и блоком питания упрощает конструкцию устройства, обеспечивает продление времени разряда АКБ, уменьшает время заряда АКБ и повышает КПД устройства, тем самым повышая надежность электроснабжения потребителей в условиях регулярного отключения электроэнергии.