СИСТЕМА ГАРАНТИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Полезная модель относится к области электротехнике, а именно к системам бесперебойного питания ответственных потребителей, и может найти применение в электропитающих установках комплексных подстанций и распределительных пунктов, энергетической, химической, горно-металлургической промышленности, сельском хозяйстве, на газовых и нефтепромыслах, средствах связи.
Известна установка гарантированного электропитания, содержащая шины электроснабжения переменным током, присоединенные к ним выпрямители, один из которых соединен с аккумуляторной батареей, контактор, клеммы для подключения, силовые диоды, два реле напряжения, инвертор и блок нелинейных резисторов, причем между выводами первого выпрямителя, соединенными с входами инвертора, выход которого подключен к клеммам для подключения нагрузки переменного тока, включено первое реле напряжение, замыкающий контакт которого параллельно соединен с замыкающим контактом второго реле напряжения, включенного между выводами второго выпрямителя, соединенного с клеммами для подключения на грузки постоянного тока, контакты реле напряжения включены между плюсовыми выводами выпрямителей и контактором, контакты которого шунтируют блок нелинейных резисторов, соединенных с одной стороны с первым выводом аккумуляторной батарей и контактором, а с другой стороны с катодами встречновключенных диодов, аноды которых подключены к первым выводам первого и второго выпрямителей, причем вторые выводы выпрямителей соединены со вторым
выводом аккумуляторной батареи, (см. патент РФ №2050664 «Установка гарантированного электропитания», опубл. 20.12.1995)
К недостаткам известной установки гарантированного электропитания питания относится невозможность обеспечить стабилизацию тока заряда аккумуляторной батареи и регулировки напряжения подзаряда в зависимости от окружающей среды и компенсации падения напряжения в цепи постоянного тока.
Известна система электропитания постоянного напряжения с резервированием, в которой в нормальных условиях питание нагрузки осуществляется от выпрямителей, подключенных к общей шине; при их отказе тиристором подключается аккумуляторная батарея, после чего включается контактор и его контакт шунтирует тиристор. При этом нагрузка получает питание от аккумуляторной батареи через этот контакт, а тиристор отключается. В случае ложного включения тиристора, например, от помех также включается контактор, его контакт шунтирует тиристор и отключает его. Однако контактор сразу же отключается и его контакт, размыкаясь, восстанавливает нормальную схему питания нагрузки от выпрямителей, предохраняя тем самым аккумуляторную батарею от разряда. Тиристор и контактор управляются логической схемой по сигналам, контролирующим выходные напряжения выпрямителей, (см. Авторское свидетельство СССР №1453520, «Система электропитания постоянного напряжения с резервированием», опубл. 23.01.1989 г., Бюл. №3)
Известна система электропитания постоянного тока с резервированием, которая содержит несколько стабилизаторов напряжения, входом соединенных с питающей сетью, а выходом связанных с нагрузкой. При пропадании напряжения сети нагрузка получает питание от аккумуляторной батареи, подключаемой через те же стабилизаторы. Однако если
напряжение на аккумуляторной батарее становится равны допустимому напряжению на нагрузке, то питание последней происходит непосредственно от этой батареи, (см. Авторское свидетельство СССР №1711288 «Система электропитания постоянного тока с резервированием», опубл. 07.02.1992 г., Бюл. №5).
Одним из основных недостатков известных систем электропитания является достаточно низкий КПД, отсутствует схемное решение процессов автоматического заряда и содержания аккумуляторной батареи.
Наиболее близким техническим решением к предложенной полезной модели является система электропитания постоянного тока, используемая в устройстве комплектном низковольтном типа «Шкаф оперативного постоянного тока ШОТ-01», выпускаемом фирмой «ЭНЕРГОМАШВИН», в которой два зарядных устройства подключены к аккумуляторной батареи, соединенной, в свою очередь, к шинам постоянного тока, и к которым через автоматические выключатели подключены потребители постоянного тока. (см. Техническое описание и инструкция по эксплуатации ЭВМ. 097.07.12.100.ТО, Устройство комплектное низковольтное типа «Шкаф оперативного постоянного типа ШОТ-01», фирма «ЭНЕРГОМАШВИН», версия от 10.10.2005, с.6, рис.1.)
Общим недостатком известных систем гарантированного электропитания постоянного тока является невозможность обеспечения полного контроля за режимами и параметрами работы аккумуляторной батареи, которые зависят от нагрузки шин постоянного тока и удаленности аккумуляторной батареи от зарядного устройства, а отсутствие автоматической стабилизации зарядного тока приводит к перезаряду или недозаряду аккумуляторной батареи, что существенно снижает их срок
службы и надежность работы системы электропитания ответственных потребителей.
Технический результат полезной модели заключается в повышении надежности электропитания ответственных потребителей, увеличении срока службы аккумуляторной батареи за счет обеспечения заряда аккумуляторной батареи стабилизированным током; стабилизации напряжения подзаряда; IR-компенсации подзарядного напряжения; температурной коррекции напряжения подзаряда; контроля за емкостью, минимальным и максимальным напряжением, сопротивлением изоляции; исключения недозаряда и перезаряда, организации ускоренного и выравнивающего заряда аккумуляторной батареи.
Технический результат достигается тем, что в систему гарантированного электропитания постоянного тока, содержащей зарядные устройства, подключенные к шинам постоянного тока, к которым через автоматические выключатели подключены потребители постоянного тока, аккумуляторную батарею, дополнительно введен блок контроля и защиты аккумуляторной батареи, входы которого подключены непосредственно к плюсовой и минусовой клеммам аккумуляторной батареи, а первый и второй выходы блока контроля и защиты аккумуляторной батареи подключены к системе управления каждого зарядного устройства, при этом плюсовой и минусовой выходы блока контроля и защиты аккумуляторной батареи подключены, соответственно, к шинам постоянного тока.
Блок контроля и защиты аккумуляторной батареи системы гарантированного электропитания постоянного тока выполнен из устройства измерения тока, устройства измерения напряжения, устройства измерения сопротивления изоляции, устройства контроля температуры среды окружающей аккумуляторную батарею, при этом к плюсовому и
минусовому входам блока контроля и защиты аккумуляторной батареи подключены, соответственно, входы устройства измерения напряжения, устройства измерения сопротивления изоляции, причем минусовой вход блока контроля и защиты аккумуляторной батареи соединен с входом устройства измерения тока, а плюсовой вход - с плюсовым выходом блока контроля и защиты аккумуляторной батареи, минусовой выход устройства измерения тока соединен с минусовым выходом блока контроля и защиты аккумуляторной батареи, при этом первые и вторые выходы устройства измерения тока, устройства измерения напряжения, устройства измерения сопротивления изоляции, устройства контроля температуры среды окружающей аккумуляторную батарею подключены, соответственно, к первым и вторым выходам блока контроля и защиты аккумуляторной батареи.
Сущность предлагаемой полезной модели иллюстрируется чертежами, на фиг.1 показана блок-схема системы гарантированного электропитания постоянного тока; фиг.2 - блок-схема блока контроля и защиты аккумуляторной батареи.
Система гарантированного электропитания постоянного тока содержит зарядные устройства 1 и 2, аккумуляторную батарею 3, шины постоянного тока 4 и 5, к которым через автоматические выключатели 6 и 7 подключены потребители постоянного тока.
В систему гарантированного электропитания постоянного тока дополнительно введен блок контроля и защиты аккумуляторной батареи 8. Входы блока контроля и защиты аккумуляторной батареи 8 подключены непосредственно к плюсовой и минусовой клеммам аккумуляторной батареи 3, а первый и второй выходы блока контроля и защиты аккумуляторной батареи 8 подключены к входам систем управления каждого зарядного устройства 1 и 2. Плюсовой и минусовой выходы блока контроля и защиты
аккумуляторной батареи 8 подключены, соответственно, к шинам постоянного тока 4 и 5.
В состав блока контроля и защиты аккумуляторной батареи 8 входит устройство измерения тока 9, устройство измерения напряжения 10, устройство измерения сопротивления изоляции 11, устройство контроля температуры среды окружающей аккумуляторную батарею 12.
К плюсовому и минусовому входам блока контроля и защиты аккумуляторной батареи 8 подключены, соответственно, входы устройства измерения напряжения 10, устройства измерения сопротивления изоляции 11. Минусовой вход блока контроля и защиты аккумуляторной батареи 8 подключен к входу устройства измерения тока 9, а плюсовой вход - с плюсовым выходом блока контроля и защиты аккумуляторной батареи 8, при этом минусовой выход устройства измерения тока 9 соединен с минусовым выходом блока контроля и защиты аккумуляторной батареи.
Первые и вторые выходы устройства измерения тока 9, устройства измерения напряжения 10, устройства измерения сопротивления изоляции 11, устройства контроля температуры среды окружающей аккумуляторную батарею 12 подключены, соответственно, к первым и вторым выходам блока контроля и защиты аккумуляторной батареи 8.
Предлагаемая система гарантированного электропитания постоянного тока работает следующим образом.
Зарядные устройства 1 и 2 работают на общие шины постоянного тока 4 и 5. С выхода шин постоянного тока 4 и 5 через распределительные автоматические выключатели 6 и 7 напряжение постоянного тока поступает к потребителям. Одновременно через блок контроля и защиты аккумуляторной батареи 8 напряжение поступает на аккумуляторную батарею 3, при этом осуществляется ее заряд. Блок контроля и защиты аккумуляторной батареи 8 измеряет ток заряда, напряжение, температуру
аккумуляторной батареи 3. Информация с блока контроля и защиты аккумуляторной батареи 8 поступает на зарядные устройства 1 и 2, в результате система управления зарядных устройств 1 и 2 создает такой их режим работы, который обеспечивает стабилизацию тока заряда аккумуляторной батареи 3, температурную коррекцию напряжения подзаряда независимо от удаленности аккумуляторной батареи 3 от зарядных устройств 1, 2 и нагрузки шин постоянного тока 4, 5.
Введение блока контроля и защиты аккумуляторной батареи 8 в систему гарантированного электропитания постоянного тока обеспечивает непосредственное измерение напряжения на аккумуляторной батареи 3, ток ее заряда и разряда, температуру среды окружающей аккумуляторную батарею 3 и сопротивление полюсов аккумуляторной батареи 3 относительно земли. Вся указанная информация поступает в систему управления каждого зарядного устройства 1 и 2, где вырабатываются управляющие воздействия, которые позволяют обеспечить:
- заряд аккумуляторной батареи стабилизированным током;
- стабилизацию напряжения подзаряда (содержания) не хуже ±1%;
- IR-компенсацию подзарядного напряжения;
- контроль за температурой окружающей среды и, соответственно, температурную коррекцию напряжения подзаряда;
- функцию тестового заряда и разряда для контроля за емкостью аккумуляторной батареи;
- контроль за минимальным и максимальным напряжением на аккумуляторной батареи;
- исключение недозаряда и перезаряда аккумуляторной батареи;
- возможность организации ускоренного и выравнивающего заряда;
- контроль за сопротивлением изоляции.
Таким образом, предлагаемая система гарантированного электропитания постоянного тока с блоком контроля и защиты
аккумуляторной батареи позволяет повысить надежность электропитания ответственных потребителей, увеличить срок службы аккумуляторной батареи и увеличить КПД системы в целом.