СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ АППАРАТУРЫ АВТОМАТИКИ И СВЯЗИ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в качестве системы электропитания стационарной аппаратуры автоматики и связи на железнодорожном транспорте, где потребители электрической энергии предъявляют повышенные требования к бесперебойности и надежности электроснабжения.
Известна система электропитания аппаратуры автоматики и связи, содержащая трехфазный асинхронный двигатель на валу, которого установлен синхронный генератор и маховик (см. Шейкина Т.С., Ханин Ц.И., Шалашова М.Л. Эксплуатация электропитающих установок систем передачи. М., Радио и связь, 1982, стр.102, рис.2.8.). В данной системе при наличии напряжения сети общий вал вращает асинхронный двигатель, при этом синхронный генератор обеспечивает электрической энергией требуемого качества аппаратуру связи, а при пропадании напряжения сети вал, на котором установлен инерционный маховик, продолжает вращение определенное время (порядком 20...30 с). Недостаток такой системы состоит в том, что при отсутствии напряжения сети она является не работоспособной.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой полезной модели является система электропитания, содержащая трехфазную сеть, фазный 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 (см. Электротехнический справочник. Т4. Под ред. В.Г.Герасимова М., МЭИ, 2002, стр.32, рис.5 5.33.а.). При наличии напряжения сети вращение общего вала
обеспечивает трехфазный асинхронный двигатель, поэтому синхронный генератор обеспечивает аппаратуру связи электроэнергией заданного качества, а при пропадании напряжения в 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, в данной системе присуще и недостатки, среди которых основными являются: сравнительно низкая надежность из-за большого числа электрических машин, объединенных общим валом и нестабильностью частоты вращения общего вала при работе асинхронного двигателя при отклонениях напряжения сети.
Техническим результатом полезной модели является повышение надежности системы.
Требуемый технический результат достигается тем, что в систему электропитания аппаратуры и связи, содержащую аккумуляторную батарею, зажимы сети переменного тока, двигатель постоянного тока, объединенный общим валом с синхронным генератором и шины для подключения нагрузки, причем шины для подключения нагрузки соединены с выходом синхронного генератора, введены выпрямительное устройство, разделительный диод и шины постоянного тока, двигатель постоянного тока выполнен бесконтактным при этом выпрямительное устройство соединено входом с зажимами сети переменного тока, а выходом - с шинами постоянного тока, к которым через разделительный диод подключена аккумуляторная батарея, а вход бесконтактного двигателя постоянного тока соединен с шинами постоянного тока.
На чертеже представлена структурная схема системы электропитания аппаратуры автоматики и связи.
Система содержит аккумуляторную батарею 1 с минусовым выводом 1-1 и плюсовым выводом 1-2, зажимы сети переменного тока 2, выпрямительное устройство 3 с плюсовым 3-1 и минусовым 3-2 выходами, разделительный диод
4, шины постоянного тока 5 с минусовой 5-1 и плюсовой 5-2 шинами, бесконтактный двигатель постоянного тока 6, объединенный общим валом 7 с синхронным генератором 8 и шины для подключения нагрузки 9, при этом минусовой вывод 1-1 батареи 1 соединен с минусовой шиной 5-2 шин постоянного тока 5, плюсовой вывод 1-2 указанной батареи 1 подключен к плюсовой шине 5-1 шин постоянного тока 5 через разделительный диод 4, анод диода 4 соединен с плюсовым выводом 1-2 аккумуляторной батареи 1, а катод с плюсовой шиной 5-1 постоянного тока. Зажимы сети переменного тока 2 соединены с выходом выпрямительного устройства 3, плюсовой выход 3-1 и минусовой выход 3-2 которого соединены с плюсовой 5-1 и минусовой 5-2 шинами постоянного тока 5, причем бесконтактный двигатель постоянного тока 6 подключен к шинам постоянного тока 5. Синхронный генератор 8 соединен с указанным двигателем 6 общим валом 7, а зажимы для подключения нагрузки 9 соединены с упомянутым генератором 8. Все элементы структурной схемы системы электропитания серийно выпускаются отечественной промышленностью. Система может работать в режимах при наличии напряжения сети на зажимах 2 и в режиме разряд аккумуляторной батареи 1.
Система электропитания работает следующим образом. В статистическом режиме при наличии напряжения на зажимах сети переменного тока 2, оно поступает на выпрямительное устройство 3, где выпрямляется. Постоянное напряжение с выхода устройства 3 поступает на шины 5. При превышении напряжения на шинах 5 напряжения аккумуляторной батареи 1 диод 4 заперт и аккумуляторная батарея 1 не разряжается. От шин постоянного тока 5 получает электроэнергию бесконтактный двигатель постоянного тока 6, начинающий вращение. Вращение двигателя 6 передается с помощью общего вала 7 на ротор (не показан) с синхронного генератора 8, который генерирует напряжение, поступающее на шины 9 для подключения нагрузки. В динамическом режиме, когда напряжение на зажимах сети переменного тока 2 по каким либо причинам отсутствует, выпрямительное устройство 3 обесточено и напряжение на его выхода 3-1 и 3-2 отсутствует, поэтому открывается разделительный диод 4 и аккумуляторная
батарея 1, разряжаясь, подает напряжение на шины постоянного тока 5. Бесконтактный двигатель постоянного тока 6 вращает общий вал 7, при этом синхронный генератор 8 генерирует напряжение заданной величины, которое подается на шины для подключения нагрузки 9.
При появлении напряжения на зажимах сети 2 разделительный диод снова будет закрыт, так как напряжение выпрямительного устройства 3 несколько больше по величине напряжения аккумуляторной батареи 1 и последнее перестает разряжаться.
Таким образом, предложенная система имеет только две электрические машины, поэтому надежность ее выше. Бесконтактный двигатель постоянного тока имеет повышенный КПД и больший срок службы по сравнению с трехфазным асинхронным двигателем. Кроме того, у него зависимость между напряжением питания и моментом на валу носит линейный характер и нестабильность напряжения питания не будет сказываться на колебаниях частоты вращения ротора синхронного генератора, поэтому выходное напряженнее генератора отличается повышенной стабильностью указанные обстоятельства подтверждают достижение требуемого технического результата.
Литература:
1. Шейкина Т.С., Ханин Ц.И., Шалашова М.Л. Эксплуатация электропитающих установок систем передачи. М., Радио и связь, 1982, стр.102, рис.2.8.
2. Электротехнический справочник. Т4. Под ред. В.Г.Герасимова, М., МЭИ, 2002, стр.32, рис.55.33.а.