МОДУЛЬ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

Область техники
Данное техническое решение относится к области преобразования и распределения электроэнергии, например, в автоматизированных системах управления.
Уровень техники
Аналогом данного технического решения является НИЗКОВОЛЬТНОЕ КОМПЛЕКТНОЕ УСТРОЙСТВО (патент (свидетельство) №26695 на полезную модель, заявка 2002122293/20 от 23.08.2002 г., МПК7 Н02Н 7/06, регистрация 10.12.2002 г., Бюл. 34, заявитель ОАО «Чебоксарский электроаппаратный завод»), содержащее первый, второй и третий входные зажимы для подачи входного напряжения, первый, второй и третий выходные зажимы для подачи выходного напряжения к зажимам аппаратуры, трехфазный выключатель, входные клеммы которого соединены с соответствующими входными зажимами, первый пускатель, первая и вторая входные клеммы которого соединены соответственно с первой и второй выходными клеммами трехфазного выключателя, а выходные клеммы соединены с соответствующими выходными зажимами линейного напряжения, а также блок автоматики, содержащий первую и вторую клеммы блока автоматики, обмотку первого реле, а также первый, второй третий и четвертый размыкающие контакты и первый, второй и третий замыкающие контакты, отличающееся тем, что введены обмотка теплового реле, первая клемма которого соединена с третьей выходной клеммой трехфазного выключателя, а выходная клемма соединена с третьей входной клеммой первого пускателя, второй пускатель, обмоткой которого является обмотка второго реле, а первая, вторая и третья входные клеммы которого соединены соответственно с первой, второй и третьей входными клеммами первого пускателя, обмоткой которого является обмотка первого реле, а первая, вторая и третья выходные клеммы которого соединены соответственно с первой, второй и третьей выходными клеммами первого пускателя, а в блок автоматики введены первый и второй резисторы, четвертый замыкающий контакт и пятый размыкающий контакт, при этом первая клемма блока автоматики соединена со второй клеммой блока автоматики через последовательно соединенные первый размыкающий контакт, первый замыкающий контакт, первый резистор, второй замыкающий контакт и обмотку второго реле, третья клемма блока автоматики соединена со второй клеммой блока автоматики через последовательно соединенные третий размыкающий контакт, второй замыкающий контакт, второй резистор, четвертый замыкающий контакт и обмотку первого реле, четвертая клемма блока автоматики соединена со второй клеммой третьего размыкающего контакта через третий замыкающий контакт, пятая клемма блока автоматики соединена с четвертой клеммой блока автоматики через четвертый замыкающий контакт, а шестая клемма блока автоматики соединена с пятой клеммой блока автоматики через пятый размыкающий контакт, при этом второй замыкающий, второй размыкающий, четвертый замыкающий и пятый размыкающий контакты управляются обмоткой первого реле, первый замыкающий, третьи замыкающий размыкающий и четвертый размыкающий контакты управляются обмоткой второго реле, а первый размыкающий контакт управляется обмоткой теплового реле.
Недостатком данного аналога являются малые функциональные возможности, не позволяющие реализовать заданные требования.
Другим аналогом заявляемого технического решения является НИЗКОВОЛЬТНОЕ КОМПЛЕКТНОЕ УСТРОЙСТВО (патент (свидетельство) №26696 на полезную модель, заявка 2002122294/20 от 23.08.2002 г., МПК7 Н02Н 7/06, регистрация 10.12.2002 г., Бюл. 34, заявитель ОАО «Чебоксарский электроаппаратный завод»), содержащее первый, второй и третий входные зажимы для подачи входного напряжения, первый, второй и третий выходные зажимы для подачи выходного напряжения к зажимам аппаратуры, трехфазный выключатель, входные клеммы которого соединены с соответствующими входными зажимами, первый пускатель, первая и вторая входные клеммы которого соединены соответственно с первой и второй выходными клеммами трехфазного выключателя, а также блок автоматики, содержащий обмотку второго реле, а также первый, второй третий и четвертый размыкающие контакты и первый, второй и третий замыкающие контакты, отличающееся тем, что введены обмотка теплового реле, первая клемма которого соединена с третьей выходной клеммой трехфазного выключателя, а выходная клемма соединена с третьей входной клеммой первого пускателя, второй пускатель, обмоткой которого является обмотка второго реле, а первая, вторая и третья входные клеммы которого соединены соответственно с первой, второй и третьей входными клеммами первого пускателя, обмоткой которого является обмотка первого реле, а первая, вторая и третья выходные клеммы соединены соответственно с первой, второй и третьей выходными клеммами первого пускателя, третий пускатель первая, вторая и третья входные клеммы которого соединены соответственно с первой, второй и третьей выходными клеммами первого пускателя, первая, вторая и третья выходные клеммы соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходными зажимами, а в блок автоматики введены первый и второй резисторы, предохранитель, обмотки третьего, четвертого и пятого реле, четвертый, пятый и шестой замыкающие контакты и пятый, шестой, седьмой и восьмой размыкающие контакт, при этом первая клемма блока автоматики соединена со второй клеммой блока автоматики через последовательно соединенные первый замыкающий контакт, параллельно которому подключен второй замыкающий контакт, первый размыкающий контакт, второй размыкающий контакт, обмотку первого реле и третий размыкающий контакт, вторая клемма обмотки теплового реле соединена с первой клеммой третьего размыкающего контакта через последовательно соединенные предохранитель и обмотку четвертого реле, параллельно которой включены последовательно соединенные шестой размыкающий контакт, третий замыкающий контакт, параллельно которому соединен четвертый замыкающий контакт, пятый размыкающий контакт обмотка третьего реле, третья клемма блока автоматики соединена со второй клеммой блока автоматики через обмотку второго реле, четвертая клемма блока автоматики соединена со второй клеммой блока автоматики через обмотку пятого реле, пятая клемма блока автоматики соединена со второй клеммой блока автоматики через последовательно соединенные первый резистор и седьмой размыкающий контакт, шестая клемма блока автоматики соединена со второй клеммой блока автоматики через последовательно соединенные второй резистор восьмой размыкающий контакт, седьмая клемма блока автоматики соединена со второй клеммой первого резистора через пятый замыкающий контакт, а со второй клеммой второго резистора через шестой замыкающий контакт, причем первый пускатель, первый замыкающий контакт, пятый размыкающий контакт, шестой замыкающий контакт и восьмой размыкающий контакт управляются обмоткой первого реле, второй замыкающий контакт, первый размыкающий контакт, четвертый размыкающий контакт и четвертый замыкающий контакт управляются обмоткой второго реле, второй пускатель, второй размыкающий контакт, третий замыкающий контакт, седьмой размыкающий контакт и пятый замыкающий контакт управляются обмоткой третьего реле, шестой размыкающий контакт управляется обмоткой теплового реле, третий размыкающий контакт и третий пускатель управляются внешним выключателем.
Недостатком данного аналога являются малые функциональные возможности.
Следующим аналогом заявляемого технического решения является УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО ВКЛЮЧЕНИЯ РЕЗЕРВА (патент (свидетельство) №26701 на полезную модель, заявка 2002123133/20 от 04.09.2002 г., МПК7 H02J 13/00, регистрация 10.12.2002 г., Бюл. 34, заявитель ОАО «Чебоксарский электроаппаратный завод»), содержащее трехфазный, с нулевым проводом первый ввод сети, реле первой, второй и третьей фаз, обмотки которых включены между соответствующими фазами и нулевым проводом первого ввода сети, реле контроля напряжения первого ввода сети, обмотка которого включена между первой фазой первого ввода сети и нулевым проводом через последовательно соединенные замыкающие контакты реле второй и третьей фаз, трехфазный с нулевым проводом второй ввод сети, реле состояния первого ввода, обмотка которого включена последовательно с соединенными параллельно между собой размыкающими контактами реле первой, второй и третьей фаз между третьей фазой и нулевым проводом второго ввода, кроме того, шина надежного питания, фазы которых соединены через соответствующие замыкающие контакты реле контроля напряжения первого ввода сети с соответствующими фазами первого ввода сети, а через соответствующие замыкающие контакты реле состояния первого ввода - с соответствующими фазами второго ввода сети, отличающееся тем, что введены три размыкающих контакта первого ввода сети, каждый из которых включен между соответствующими фазами дизель-генераторного агрегата и шин надежного питания.
Недостатком данного аналога являются малые функциональные возможности, не позволяющие реализовать заданные технические требования в полном объеме.
Следующим аналогом заявляемого технического решения является ПАНЕЛЬ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНАЯ (патент RU 60797 U1 на полезную модель, заявка 2006138211/22 от 31.10.2006 г., МПК Н02В 13/00, заявитель Закрытое акционерное общество Электротехнический завод «ГЕКСАР» ЗАО ЭТЗ «ГЕКСАР» регистрация 27.01.2007 г.).
1 Панель распределительная, состоящая из корпуса, при этом внутри корпуса установлены силовые трехфазные трансформаторы, реле, предохранители, трансформаторы питания, приборы питания, коммутационные и защитные аппараты, отличающаяся тем, что первичные и вторичные обмотки силовых трехфазных трансформаторов соединены по схеме "треугольник-звезда", при этом между первичными и вторичными обмотками силовых трехфазных трансформаторов выполнена однослойная заземляемая на корпус обмотка, дополнительно введена индивидуальная световая индикация перегорания плавкой вставки предохранителя, причем, по меньшей мере, на одном из трансформаторов питания установлен термоограничитель, включенный последовательно с его первичной обмоткой.
2 Панель по п.1, отличающаяся тем, что в качестве индивидуальной световой индикации используются светодиоды, каждый из которых подключен последовательно с цепью каждого предохранителя.
3 Панель по п.2, отличающаяся тем, что светодиоды установлены на плате, расположенной горизонтально над предохранителями.
4 Панель по п.1, отличающаяся тем, что она комплектуется токовыми клещами-мультиметром AC/DC.
5 Панель по п.1, отличающаяся тем, что на дне корпуса установлены оцинкованные угольники для обеспечения заземления корпусов силовых трехфазных трансформаторов.
Недостатком этого аналога являются:
- малые функциональные возможности, не позволяющие реализовать требования технического задания в полном объеме;
- недостаточная надежность обеспечения функционирования электроснабжаемого изделия.
Наиболее близким аналогом (прототипом) заявляемого технического решения является ЩИТ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПИТАНИЕМ (патент RU 81602 U1 на полезную модель, заявка 2008148856 от 10.12.2008 г., МПК Н02В 13/00, ОПУБЛИКОВАНО 20.03.2009 г., БЮЛ. №8), содержащий блок коммутации сетей БКС, четыре входа которого соединены с выходом внешнего блока питания и защиты электрического БПЗЭ 24 В, промышленной сетью и выходами Генератора 1 и Генератора 2, а первые два выхода со входом БПЗЭ и выходом Транзит, блок контроля первичной сети БКПС, вход которого соединен с первым выходом БКС, блок чередования фаз БЧФ, вход которого соединен с третьим выходом БКС, а выход - на «Кондиционер», блок подключения потребителей БПП, вход которого подключен к выходу БПЗЭ 380/220 В, а два выхода соединены соответственно с выходами на источники бесперебойного электропитания ИБЭП и на розетки, отличающийся тем, что щит управления электропитанием дополнительно содержит блок коммутации вторичного напряжения БКВН, три входа которого соединены соответственно с выходами выпрямительных устройств ВУ1 и ВУ2 и аккумулятора, а восемь выходов с восемью ЛИНИЯ 1 - ЛИНИЯ 8, блок контроля вторичной сети БКВС и блок контроля заряда аккумулятора БКЗА, входы которых соединены соответственно с девятым и десятым выходами блока коммутации вторичного напряжения БКВН.
2. ЩИТ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПИТАНИЕМ по п.1, отличающийся тем, что блок коммутации сетей содержит три тракта коммутации трехфазного напряжения, каждый их которых состоит из переключателя, контактора и индикаторного элемента, обмотки контакторов подключены ко входу БПЗЭ 24 В, а контакторов соединены соответственно с контактами переключателей технические средства «ТС», «КОНДИЦИОНЕР» и вычислительный комплекс «ВК», входы переключателя «ТС» соединены с выходами БКПС, а переключателей «КОНДИЦИОНЕР» и «ВК» соединены соответственно с выходами БЧФ (Кондиционер) и БЧФ (ВК), индикаторные элементы, состоящие из последовательно соединенных индикаторной лампы и резистора, подключены соответственно к выходным контактам переключателя «ТС»: «ПРОМ. СЕТЬ», «ГЕНЕРАТОР 1» и «ГЕНЕРАТОР 2».
3. ЩИТ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПИТАНИЕМ по п.1, отличающийся тем, что блок контроля первичной сети содержит вольтметр «Контроль входного напряжения» с параллельно подключенными гнездами измерения, соединенными через переключатель с БКС, индикаторные элементы, состоящие из индикаторной лампы и резистора, подключенные к трем фазам А, В, С, и индикаторный элемент ТС, подключенный к фазе А.
4. ЩИТ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПИТАНИЕМ по п.1, отличающийся тем, что блок чередования фаз содержит переключатель «Чередование фаз», скоммутированный на два положения А, В, С и В, А, С, и два индикаторных элемента, состоящих индикаторной лампы и резистора, подключенных к фазе А питающего напряжения «КОНДИЦИОНЕРА» и одной из фаз питающего напряжения «ВК» от БКС.
5. ЩИТ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПИТАНИЕМ по п.1, отличающийся тем, что блок подключения потребителей содержит два автоматических выключателя «ИБЭП» и «Розетки», коммутирующие соответственно подачу питания на источники бесперебойного электропитания «ИБЭП» и «Розетки», индикаторные элементы «ИБЭП» и «Розетки», подключенные к выходу одной из фаз соответствующего автоматического выключателя.
6. ЩИТ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПИТАНИЕМ по п.1, отличающийся тем, что блок коммутации вторичного напряжения с блоком контроля вторичной сети и блоком контроля зарядки аккумулятора содержит плату контроля и сигнализации, подключенную ко входам «+ВУ1», «+ВУ2» и аккумуляторная батарея «+АКБ» и шине заземления «-ШЗ», и три диода, через которые к этим входам ВУ1, ВУ2 и АКБ подключены линейные тракты, автоматы защиты сети, соединенные соответственно с выходами блока «ЛИНИЯ 1 - ЛИНИЯ 8», индикаторные элементы, состоящие из последовательно соединенных индикатора и резистора и подключенные соответственно к выходам автоматов защиты, вольтметр, контроль постоянного напряжения с параллельно подключенными гнездами для измерения, соединенными с входом «ШЗ» и общей цепью автоматов защиты, счетчик времени наработки «ВРЕМЯ НАРАБОТКИ», подключенный параллельно вольтметру, индикаторные лампы «АКБ разряжена», «АКБ ОТКЛ» и «Работа от АКБ», подключенные к соответствующим выходам платы контроля и сигнализации, капсюль электромагнитный, подключенный к соответствующим контактам платы контроля и сигнализации.
7. ЩИТ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПИТАНИЕМ по п.1, отличающийся тем, что плата контроля и сигнализации блока коммутации вторичного напряжения содержит стабилизатор напряжения, вход которого через диод соединен с входом «+АКБ», три тракта контроля состояния аккумулятора, состоящих каждый из компаратора, на входы которых поданы уровни сигнала +АКБ от аккумулятора, а на другие входы - сигналы заданного уровня с резисторной реостатной цепочки, цепочки инверторов, соединенные соответственно с выходами «АКБ разряжена», «АКБ отключена» и «Работа от АКБ», цепочка из инверторов и транзисторного выходного каскада, соединенного с выходом BF1 для подключения капсюля электромагнитного дифференциального.
Недостатками прототипа являются:
- функциональные возможности, не позволяющие реализовать заданные технические требования в полном объеме;
- неприемлемые массогабаритные параметры;
- недостаточная надежность.
Сущность технического решения
Известный модуль электропитания содержит стабилизаторы напряжения 3,3 В, 5 В и ±12 В, соединенные с соответствующими выходами модуля.
Целью создания данного технического решения является разработка компактного модуля с небольшими массо-габаритными параметрами, высокой надежности, приспособленного к эксплуатации в жестких климатических условиях.
Модуль электропитания дополнительно содержит узел контроля, четыре входа которого соединены соответственно с выходами стабилизаторов напряжения 3,3 В, 5 В и двумя выходами стабилизатора +12 В, -12 В, а первый выход с выходом индикатор ИСПР модуля, узел защиты от переполюсовки, вход которого соединен с входом =27 В модуля, помехоподавляющий фильтр, вход которого соединен с выходом узла защиты от переполюсовки, а выход 27 В1 с входами стабилизаторов напряжения 3,3 В, 5 В, ±12 В, узел управления, содержащий схему включения/отключения (схему ВКЛ/ОТКЛ), входы которой соединены с цепями сигналов ВКЛ 5 В и ВКЛ 27 В, а первый выход с выходом индикатор сети модуля, схему включения 1 ступени, первый вход которой соединен со вторым выходом схемы ВКЛ/ОТКЛ, а выход ВКЛ 1 ст со вторыми входами стабилизаторов 3,3 В и 5 В, схему включения 2 ступени, первый и второй входы которой соединены соответственно с выходом схемы ВКЛ/ОТКЛ и напряжением 5 В, а выход схемы ВКЛ 2 ст со вторым входом стабилизатора напряжения ±12 В, схему задержки включения схемы контроля, вход которой соединен с выходом схемы ВКЛ/ОТКЛ, а выход с пятым входом узла контроля, регистр аварии, три входа которого соединены соответственно с входом блокировка регистра аварии модуля, третьим входом сброс аварии схемы ВКЛ/ОТКЛ и вторым выходом узла контроля, а первый выход блокировка включения соединен со вторым входом схемы включения 1 ступени и третьим входом схемы включения 2 ступени, а второй выход соединен с выходом индикатор аварии.
Перечень фигур, чертежей и иных материалов
На фиг.1 приведена структурная схема модуля электропитания.
Пример реализации технического решения
На схеме структурной модуля электропитания (фиг.1) обозначены: 1 - стабилизатор напряжения 3,3 В; 2 - стабилизатор напряжения 5 В; 3 - стабилизатор напряжения ±12 В; 4 - узел контроля; 5 - узел защиты от переполюсовки; 6 - помехоподавляющий фильтр; 7 - узел управления; 8 - схема включения/отключения; 9 - схема включения 1 ступени; 10 - схема включения 2 ступени; 11 - схема задержки включения схемы контроля; 12 - регистр аварии. Дополнительно обозначены входные и выходные схемы модуля: 13 - выход напряжения 3,3 В; 14 - выход напряжения 5 В; 15 - выход напряжения ±12 В; 16 - выход узла контроля Индикатор ИСПР; 17 - вход напряжения =27 В; 18 - вход цепей включения ВКЛ 5 В, ВКЛ 27 В; 19 - выход Индикатор сети; 20 - вход блокировка регистра аварии; 21 - выход Индикатор Аварии.
Назначение модуля
Модуль электропитания предназначен для выработки четырех стабилизированных напряжений постоянного тока путем преобразования напряжения первичного электропитания 27 В.
Технические характеристики модуля
Модуль электропитания имеет следующие технические характеристики:
- первичная сеть:
напряжение питания 27+2-5 В;
напряжение сигнала включения 5 В, 27 В;
- диапазон рабочего напряжения и пульсаций первичной сети - по ГОСТ В 21999-86;
- ток сигнала дистанционного включения - не более 10 мА;
- каналы напряжений вторичного питания 3,3 В, 5 В, 12 В, минус 12 В;
- максимальные токи нагрузки Iн для каналов:
«3,3 В» - 6 А;
«5 В» - 2 А;
«12 В», «минус 12 В» - 0,8 А;
- электрическое сопротивление изоляции между гальванически разделенными входами и выходами каналов при нормальных климатических условиях - не менее 20 МОм;
- напряжение пробоя между гальванически разделенными входами и выходами каналов - не менее 500 В;
- коэффициент полезного действия при напряжении первичного питания 27 В и максимальных токах нагрузки по всем каналам - не менее 75%.
Модуль при работе в составе системы электропитания СЭП обеспечивает управление включением и отключением выходных каналов соответственно при нормальной и аварийной работе СЭП, а также сигнализацию о работоспособности модуля в аварийных ситуациях в СЭП. Модуль обеспечивает включение и работу выходных каналов после подачи электропитания и напряжения дистанционного включения, равного входному напряжению.
Модуль обеспечивает отключение всех выходных каналов при следующих аварийных ситуациях:
- при коротком замыкании на выходах любого из каналов;
- при отклонениях выходного напряжения любого из каналов «3,3 В», «5 В» и «12 В» от номинального значения на ±10-15%, а также при отклонении выходного напряжения канала «минус 12 В» от номинального значения на ±15-20%.
Модуль обеспечивает сигнализацию своего состояния:
- наличие сети - индикатор сети;
- исправность модуля - индикатор ИСПР;
- аварийное состояние - индикатор АВАР.
Модуль обеспечивает управление включением и отключением выходных каналов при нормальной и аварийной работе СЭП, а также сигнализирует о состоянии модуля и аварийных ситуациях в СЭП.
Описание узлов и схем структурной схемы модуля
Узел защиты от переполюсовки обеспечивает защиту модуля электропитания при обратной полярности напряжения питания.
Помехоподавляющий фильтр предназначен для защиты нагрузки от импульсных помех и фильтрации помех во входных цепях в диапазоне частот от 0,15 до 30 МГц. Коэффициент ослабления помех от 30 до 60 дБ.
Схема ВКЛ/ОТКЛ обеспечивает включение модуля по сигналам ВКЛ 5 В и ВКЛ 27 В, защиту от дребезга по сигналам включения, сброс аварии при выключении и индикацию наличия сети.
Схема включения 1 ступени обеспечивает включение стабилизаторов напряжения 3,3 В и 5 В.
Схема включения 2 ступени обеспечивает включение стабилизаторов напряжения 12 В и минус 12 В при условии включения канала модуля 5 В.
Стабилизаторы напряжения 3,3 В, 5 В, 12 В, минус 12 В служат для выработки выходных напряжений модуля 3.3 В - 6 А, 5 В - 2 А, 12 В - 0,8 А, минус 12 В - 0,8 А.
Узел контроля обеспечивает допусковый контроль выходных каналов модуля 3,3 В, 5 В, 12 В с допуском ±10-15%, минус 12 В с допуском ±15-20% и индикацию состояния модуля ИСПР.
Регистр аварии обеспечивает выключение модуля по сигналу с узла контроля, запоминание аварийного сигнала, его блокировку по сигналу «блокировка Рг аварии» и выработку сигнала АВАР.
Схема задержки включения схемы контроля блокирует узел контроля до окончания переходных процессов в стабилизаторах напряжения.
Промышленная применимость
Заявляемое техническое решение промышленно реализуемо, обладает достаточными функциональными возможностями, небольшими массо-габаритными параметрами, повышенной надежностью.