УСТРОЙСТВО ПИТАНИЯ НАГРУЗКИ
LOAD FEED DEVICE

Заявляемое техническое решение относится к электротехнике, а именно к устройствам питания нагрузки постоянным током, и может быть использовано для питания ответственных потребителей, например, электронной аппаратуры или ее элементов, чувствительных к электромагнитным помехам и импульсным воздействиям, наводящихся и передающихся по цепям внешнего (сетевого) питания.
Известно устройство питания нагрузки (патент на полезную модель №57982, кл. МПК H02J 1/00, опубл. 27.10.2006 г.), которое содержит преобразователь переменного тока в постоянный, аккумуляторную батарею (АБ), коммутационный аппарат для подключения и отключения АБ и блок контроля состояния АБ. Однако в данном устройстве не обеспечивается защита нагрузки от электромагнитных помех и импульсных воздействий, наводящихся и передающихся по цепям внешнего питания, т.к. выход преобразователя переменного тока в постоянный непосредственно подключен к шинам, к которым подключена нагрузка.
Наиболее близким техническим решением является устройство питания нагрузки (Н.Скрипник. AC/DC-модули питания компании TRACO ELECTRONIC AG. Силовая электроника. №3, 2005, стр.63, рис.3), содержащее преобразователь переменного тока в постоянный, аккумуляторную батарею с соединенным последовательно с ней коммутационным аппаратом, подключенными параллельно выводам для подключения нагрузки, и блок управления.
В нормальных условиях работы питание нагрузки осуществляется от преобразователя переменного тока в постоянный ток (далее преобразователь). Одновременно с этим происходит постоянная подзарядка АБ, контролируемая блоком управления. При пропадании питания во внешней сети переменного тока нагрузка начинает получать питание от АБ.
Однако, обеспечивая высокую надежность питания нагрузки, данное устройство имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что оно не обеспечивает защиту нагрузки от электромагнитных импульсов (ЭМИ) различного происхождения, передающихся по цепям внешнего питания преобразователя. Несмотря на то что преобразователь может иметь в своем составе различные виды экранировки, как то: RC- и LC-фильтры от высокочастотных помех, газоразрядные приборы (разрядники) и полупроводниковые ограничители напряжения (ПОН), которые применяют для защиты нагрузки от внешних импульсных воздействий - электромагнитные импульсы высокой частоты и с крутыми фронтами все равно проходят к ней через емкостные связи, т.к. она через шины постоянного тока связана с выходными цепями преобразователя. В то же время ЭМИ могут приводить к серьезным сбоям в работе и даже выходу из строя, если нагрузка представляет собой электронную аппаратуру.
Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, заключается в повышении надежности работы нагрузки.
Техническим результатом является защита нагрузки от ЭМИ различного происхождения.
Технический результат достигается за счет того, что в известном устройстве питания, содержащем преобразователь переменного тока в постоянный, первую аккумуляторную батарею с соединенным последовательно с ней коммутационным аппаратом, подключенными параллельно выводам для подключения нагрузки, и блок управления, новым является то, что в него дополнительно введены, по меньшей мере, еще одна аккумуляторная батарея и, по меньшей мере, три коммутационных аппарата, при этом один из них включен между точкой соединения первой аккумуляторной батареи с коммутационным аппаратом и выходными выводами преобразователя переменного тока в постоянный, вторая аккумуляторная батарея включена последовательно со вторым из них и они подключены параллельно к выходным выводам преобразователя переменного тока в постоянный, а третий из них включен между точкой соединения второй аккумуляторной батареи со вторым коммутационным аппаратом и выводами для подключения нагрузки, при этом выход блока управления подключен к входам управления всех коммутационных аппаратов.
Последовательно с коммутационными аппаратами, подключаемыми к выводам нагрузки, включены полупроводниковые диоды.
Ввиду того что входы питания нагрузки оказываются связанными с выходами преобразователя через два последовательно включенных коммутационных аппарата с аккумуляторными батареями, включенными к точкам между ними, исключается непосредственная связь входных цепей питания нагрузки и выходных цепей преобразователя, тем самым обеспечивая защиту нагрузки от электромагнитных импульсов (ЭМИ) различного происхождения, передающихся по цепям внешнего питания преобразователя.
Известных технических решений с такими признаками не обнаружено.
Заявляемое техническое решение иллюстрируется чертежами.
На фиг.1 показана принципиальная схема устройства питания нагрузки.
На фиг.2 - диаграмма работы источника питания нагрузки.
На фиг.3 показан вариант устройства питания нагрузки.
Устройство питания нагрузки (фиг.1) содержит преобразователь переменного тока в постоянный ток 1, аккумуляторные батареи 2 и 3, коммутационные аппараты 4, 5, 6, 7, нагрузку 8 и блок управления 9. Блок управления осуществляет контроль состояния АБ их зарядом и управляет коммутационными аппаратами. Каждая отдельно взятая аккумуляторная батарея (2 или 3) подключена в точке между двух последовательно соединенных коммутационных аппаратов (например, 4 и 5) и образует с каждым из них последовательное соединение либо с входной цепью питания нагрузки, либо с выходной цепью преобразователя, а при работе устройства подключаются параллельно либо к выводам для подключения нагрузки, либо к выходным выводам преобразователя.
Количество аккумуляторных батарей и коммутационных аппаратов зависит от требований к надежности питания нагрузки и резервирования АБ.
Принцип работы устройства иллюстрируется диаграммой работы источника питания нагрузки, представленной на фиг.2. Изменения состояния коммутационных аппаратов 4, 5, 6, 7 отражены в виде временных диаграмм их состояния, представленных в виде временных функций соответственно s4, s5, s6 и s7 (s=0 при разомкнутом состоянии коммутационного аппарата и s=1 при замкнутом состоянии коммутационного аппарата). На фиг.2а, 2б, 2в, 2г показан цикл повторяющихся восьми режимов работы схемы от времени t (фиг.2д):
1. Интервал времени t0-t1. Замкнуты коммутационные аппараты 5 и 6. Питание нагрузки от аккумуляторной батареи 3, заряд аккумуляторной батареи 2.
2. Интервал времени t1-t2. Замкнут коммутационный аппарат 5. Питание нагрузки от аккумуляторной батареи 3.
3. Интервал времени t2-t3. Замкнуты коммутационные аппараты 5 и 7. Питание нагрузки происходит от обеих АБ.
4. Интервал времени t3-t4. Замкнут коммутационный аппарат 7. Питание нагрузки от аккумуляторной батареи 2.
5. Интервал времени t4-t5. Замкнуты коммутационные аппараты 7 и 4. Заряд аккумуляторной батареи 3, питание нагрузки от аккумуляторной батареи 2.
6. Интервал времени t5-t6. Замкнут коммутационный аппарат 7. Питание нагрузки от аккумуляторной батареи 2.
7. Интервал времени t6-t7. Замкнуты коммутационные аппараты 5 и 7. Питание нагрузки от обеих АБ.
8. Интервал времени t7-t8. Замкнут коммутационный аппарат 5. Питание нагрузки от аккумуляторной батареи 3.
В момент времени t8 замыкается коммутационный аппарат 6 и цикл повторяется.
Как видно из диаграммы работы, коммутационные аппараты, соединяющие АБ с выходом преобразователя и входом питания нагрузки, включаются и отключаются так, что исключается прямое соединение выхода преобразователя с входом питания нагрузки. АБ подключается либо только к выходу преобразователя, либо только к входу питания нагрузки. Для того чтобы при отключении одной АБ от входа нагрузки питание нагрузки не прерывалось, вторая АБ перед отключением первой АБ также подключается своим коммутационным аппаратом к входу питания нагрузки и отключается от выхода преобразователя. Затем циклы коммутации обеих аккумуляторных батарей повторяются. Управление коммутационными аппаратами осуществляет блок управления 9. Одновременно блок управления осуществляет контроль состояния АБ и определяет оптимальные условия их подзаряда, регулируя длительность и ток заряда для каждой АБ при их подключении к преобразователю. Таким образом, питание нагрузки всегда осуществляется от АБ без непосредственной связи с выходом преобразователя и это ведет к ее надежной защите от ЭМИ. Кроме этого аккумуляторные батареи постоянно подзаряжаются, что обеспечивает длительную работу нагрузки.
Для исключения разряда одной аккумуляторной батареи на другую в моменты времени одновременного подключения обеих аккумуляторных батарей к входу питания нагрузки, последовательно с коммутационными аппаратами дополнительно включают полупроводниковые диоды 10, показанные на фиг.3.
Заявляемые устройства питания могут найти непосредственное применение в системах питания измерительных датчиков в условиях сильных электромагнитных помех высоковольтных станций и подстанций, испытательных лабораторий и испытательных центров.
Источники информации
1. Патент на полезную модель №57982, кл. МПК H02J 1/00, опубл. 27.10.2006 г.
2. Н.Скрипник. AC/DC-модули питания компании TRACO ELECTRONIC AG. Силовая электроника. №3, 2005, стр.63, рис.3 (прототип)