ИСТОЧНИК БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ

Полезная модель относится к источникам вторичного питания, электротехнике и предназначена для питания устройств релейной защиты, автоматики и обеспечения энергией электромагнитов привода отключения выключателей при пропадании напряжения оперативного тока.
Известный стабилизатор напряжения постоянного тока [A.C. G05F 1/56 №1636836 Б.И. №111991 г.] содержащий трехфазный трансформатор, регулирующий элемент, выпрямитель, измерительный орган, усилитель, резистор, ключ и блок управления предназначен для питания аппаратуры, но не может использоваться для обеспечения энергией электромагнитов привода отключения выключателей при пропадании напряжения оперативного тока.
Блок питания и заряда БПЗ-401. [Блок питания и заряда типа БПЗ-401. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. ОБК 469.493. Издание 16.1985 г.], содержащий трансформатор, выпрямитель, конденсатор, диод, реле и два резистора, предназначен для питания выпрямленным током схем устройств релейной защиты, автоматики и управления и для заряда конденсаторов (например блока конденсаторов БК-400), энергия которых используется для приведения в действие электромагнитов отключения (включения) коммутационных аппаратов.
Недостатки блока питания и заряда БПЗ-401 - большие габариты и ограниченные функциональные возможности, а именно: невозможность работы источника на холостом ходу, т.е. при подключении низкоомной нагрузки в ее цепи появляется большой бросок тока, выводящий из строя активные элементы (недостаток феррорезонансных источников питания).
Наиболее близким техническим решением является источник питания комбинированный [А.С. RU 7 H02М 7/12 №2216844 Б.И. №32 20.11.2003 г.], содержащий три трансформатора, семь выпрямителей, четыре конденсатора, три диода, реле, девять резисторов, узел индикации работы канала, три диода, светодиод, биполярный транзистор, оптрон, два полевых транзистора, два терморезистора, дроссель, узел контроля уровня напряжения, два узла управления и узел заряда и сигнализации.
Прототип предназначен для питания аппаратуры релейной защиты и автоматики выпрямленным оперативным током на подстанциях без аккумуляторных батарей, а также для заряда блока конденсаторов обеспечивающих управление катушкой отключения выключателя.
Недостатки прототипа - большие габариты и ограниченные функциональные возможности.
Технический результат - уменьшение габаритных размеров и расширение функциональных возможностей источника питания.
Технический результат достигается тем, что в известное устройство содержащее, узел индикации работы канала, два узла управления, узел заряда и сигнализации, узел контроля уровня напряжения, три выпрямителя, четыре конденсатора, два диода, шесть резисторов, светодиод, терморезистор, трансформатор и два полевых транзистора, причем исток и подложка первого полевого транзистора соединены со вторым выходом второго выпрямителя и с первым выводом третьего конденсатора, второй вывод которого соединен с первым выводом второго резистора, первый вывод четвертого конденсатора соединен с первым выводом первого резистора, катод первого светодиода является вторым выходом устройства, первый выход которого соединен с первым выводом шестого резистора, второй вывод которого соединен с анодом первого светодиода, затвор первого полевого транзистора соединен со вторым выводом четвертого резистора, анод первого диода соединен со вторым выводом второго конденсатора и со вторым выходом третьего выпрямителя, выводы вторичной обмотки трансформатора соединены со входами первого выпрямителя, второй выход которого соединен с первым входом первого узла управления, с первыми выводами первого и второго конденсаторов и с первым выходом третьего выпрямителя, выходы узла заряда и сигнализации являются пятым и шестым выходами устройства, первый вход второго узла управления соединен со вторым выводом первого конденсатора, первый выход первого выпрямителя соединен со вторым входом первого узла управления, исток второго полевого транзистора соединен с подложкой введены  второй узел индикации работы канала, узел готовности, генератор, стабилитрон, третий полевой транзистор, пятый конденсатор, третий диод и второй светодиод, причем катод второго светодиода соединен со вторым входом узла готовности и с и с шестым выходом устройства, являющимся третьим выходом узла заряда и сигнализации, второй выход которого соединен с анодом светодиода, первый выход узла заряда и сигнализации, являющийся пятым выходом устройства, соединен с первым входом узла готовности, выходы которого являются третьим и четвертым выходом устройства, первый и второй, третий и четвертый входы которого являются, соответственно, входами первого и второго узлов индикации работы канала, выходы которых соединены, соответственно, со входами третьего и второго выпрямителя, первый выход которого соединен с первым выходом первого резистора, со стоком второго и третьего полевого транзистора, затвор второго полевого транзистора соединен со вторым выводом первого резистора и с катодом стабилитрона, анод которого соединен со вторым выводом третьего конденсатора и с первым входом генератора, второй вход которого соединен с первыми выводами третьего и пятого конденсатора, второй вывод которого соединен со вторым выводом четвертого конденсатора и первым выводом терморезистора, второй вывод которого соединен с первым выводом первичной обмотки трансформатора, второй вывод которой соединен со стоком первого полевого транзистора, третьим выходом генератора, истоком и подложкой третьего полевого транзистора, затвор которого соединен с первым выводом пятого резистора, второй вывод которого соединен со вторым выходом генератора, четвертый выход которого соединен с первым выводом четвертого резистора, первый выход генератора соединен с катодом третьего диода, анод которого соединен с первым выводом второго резистора, второй вывод которого соединен с истоком и подложкой второго полевого транзистора, первый выход первого узла управления соединен с анодом второго диода, катод которого соединен со вторым входом узла заряда и сигнализации, первый вход которого соединен с первым выводом первого конденсатора, вход питания (-220 В) является третьим входом первого узла управления, второй выход которого соединен с первым выводом третьего резистора, второй вывод которого соединен с третьим входом узла заряда и сигнализации, четвертый вход которого соединен с первым входом второго узла управления, третий и четвертый выходы которого являются входами узла контроля уровня напряжения, выходы которого являются вторым и третьим входами второго узла управления, первый и второй выход которого являются первым и вторым выходом устройства, соответственно.
На фиг.1 приведена структурная схема источника бесперебойного питания.
На фиг.2 - пример реализации узла индикации работы канала и выпрямителя.
На фиг.3 - пример реализации первого узла управления. На фиг.4 пример реализации узла готовности. На фиг.5 - пример реализации узла заряда и сигнализации. На фиг.6 - пример реализации второго узла управления и узла контроля уровня напряжения.
На фиг.7 - внешний вид прототипа и заявляемого устройства.
На фиг.1 - обозначены:
1
2
1, 1 - узлы индикации работы канала;
2 - первый узел управления;
3 - генератор, например IR2155 фирмы “IR” или аналогичный;
1
2
4 - узел заряда и сигнализации, где 4 - узел заряда, 4 - узел сигнализации;
5 - второй узел управления;
6 - узел контроля уровня напряжения;
7 - узел готовности;
8…11 - первый…четвертый входы устройства (постоянное и переменное напряжение 220 В);
12, 13 - третий и четвертый выходы устройства (контроль заряда);
14…17 - первый и второй (постоянное напряжение 220 В), пятый и шестой (постоянное напряжение 300 В) выходы устройства;
Тр. - трансформатор БПВА или аналогичный;
В1…В3 - выпрямительные мосты;
T
R - терморезистор, например B57235S0809M000 фирмы “Epcos” или аналогичный;
Д1 - диод, например S2K фирмы "DC COMPONENTS CO LTD" или аналогичный;
Д2, Д3 - диоды, например MURS160T3 фирмы "ONS" или аналогичные;
V1, V2 - диоды светоизлучающие, например LS 3369-HJ-1 фирмы "Osram" или аналогичные;
Т1…Т3 - полевые транзисторы, например BUZ91A фирмы "Siemens" или аналогичные;
S - стабилитрон, например BZX84-C15 фирмы "PHI" или аналогичный;
R1, R2 - резисторы, например RC1206 JR фирмы "Yageo" или аналогичные;
R3 - резистор, например КН208 фирмы "Vitrohm" или аналогичный;
R4, R5 - резисторы, например RC1206 JR фирмы "Yageo" или аналогичные;
R6 - резистор, например MFR100 фирмы "Yageo" или аналогичный;
C1, C2 - конденсаторы, например HP32W221MRAS2 фирмы "Hitachi"или аналогичные;
С3 - конденсатор, например T495D226MO25AS фирмы "Kemet" или аналогичный;
С4, С5 - конденсаторы, например HP32G101MRX фирмы "Hitachi" или аналогичные.
На фиг.2 обозначены:
F - вставка плавкая, например ВП1-2 или аналогичная;
Rt - терморезистор, например B57235S0809M000 фирмы "Epcos" или аналогичный;
Ru - вариcтор, например 238159353216 фирмы "Vishay ВС components" или аналогичный;
V - диод светоизлучающий, например LS 3369-HJ-1 фирмы "Osram" или аналогичный;
R - резистор, например MFR100 фирмы "Yageo" или аналогичный;
Д - мост диодный, например RS206 фирмы "DC COMPONENTS СО LTD" или аналогичный.
На фиг.3 обозначены:
Т1 - транзистор, например BUT11A фирмы "PHI" или аналогичный;
Т2 - транзистор, например BCW71 фирмы "PHI" или аналогичный;
Д1…Д3 - диоды, например MURS160T3 фирмы "ONS" или аналогичные;
Д4 - диод, например BAV70 фирмы "PHI" или аналогичный;
V - оптопара транзисторная, например 4N35 фирмы "Fairchild" или аналогичная;
-0DV - микросхема контроля напряжения, например TL431ILP фирмы "ONS" или аналогичная;
Тр. - трансформатор БПВА или аналогичный;
R1…R15 - резисторы, например RC1206JR фирмы "Yageo" или аналогичные;
С1…С3 - конденсаторы, например 1206B105K500N фирмы "Hitano" или аналогичные;
С4, С5 - конденсаторы, например HP32G101MRX фирмы "Hitano" или аналогичные;
С6 - конденсатор, например СС1206 фирмы "Yageo" или аналогичный.
На фиг.4 обозначены:
DV - микросхема СОМР, например MC33164D-5 фирмы "ONS" или аналогичная;
C1, C2 -конденсаторы, например СС1206 фирмы "Yageo" или аналогичные;
R1 - резистор, например С2-29 В или аналогичный;
R2, R3 - резисторы, например RC1206JR фирмы "Yageo" или аналогичные;
R4, R5 - резисторы, например С2-33Н или аналогичные;
R6, R7 - резисторы, например RC1206JR фирмы "Yageo" или аналогичные;
T1 - транзистор, например 2SK3105 фирмы "NEC" или аналогичный;
Т2 - транзистор, например IRFUC20 фирмы "IR" или аналогичный;
S1 - стабилитрон, например BZX84-C15 фирмы "PHI" или аналогичный;
S2, S3 - стабилитроны, например BZX79-C33 фирмы "РHI" или аналогичные;
Д - диод, например SM4937 фирмы "DC COMPONENTS CO LTD" или аналогичный;
Р - реле, например G2RK-2-24VDC фирмы "Omron" или аналогичное.
На фиг.5 обозначены:
DV - микросхема, например F0D2712 фирмы "Fairchild" или аналогичная;
C1 - конденсатор, например T491D226M025AS фирмы "Kemet" или аналогичный;
C2 - конденсатор, например СС1206 фирмы "Yageo" или аналогичный;
С3 - конденсатор, например HP32E152MSB фирмы "Hitachi" или аналогичный;
R1…R6 - резисторы, например RC1206JR фирмы "Yageo" или аналогичные;
R7 - резистор, например MFR100 фирмы "Yageo" или аналогичный;
R8 - резистор, например KN208 фирмы "Vitrohm" или аналогичный;
R9…R13 - резисторы, например RC1206JR фирмы "Yageo" или аналогичные;
Т1 - транзистор, например BCW71 фирмы "PHI" или аналогичный;
Т2 - транзистор, например IRF740ASPMF фирмы "IR" или аналогичный;
Т3 - транзистор, например BCW69 фирмы "РHI" или аналогичный;
Т4 - транзистор, например IRFRC20 фирмы "IR" или аналогичный;
Т5 - транзистор, например BCW71 фирмы "РHI" или аналогичный;
S1 - стабилитрон, например BZX84-C4V7 фирмы "РHI" или аналогичный;
S2, S3 - стабилитроны, например BZX84-C15 фирмы "РHI" или аналогичные;
Д - диод, например S2K фирмы "Vishay" или аналогичный.
На фиг.6 обозначены:
Т1 - транзистор, например BSP31 фирмы "РHI" или аналогичный;
Т2 - транзистор, например В8Р41фирмы "РHI" или аналогичный;
Д1…Д4 - диоды, например MURS160T3 фирмы "ONS" или аналогичные;
S - стабилитрон, например BZX84-C4V7 фирмы "PHI" или аналогичный;
V1 - оптопара транзисторная, например 4N35 фирмы "Fairchild" или аналогичная;
V2…V4 - сборки диодные, например BAW56 фирмы "PHI" или аналогичные;
DV1 - микросхема, например TL431ID фирмы "ONS" или аналогичная;
DV2 - микросхема контроля напряжения, например TL431ILP фирмы "ONS" или аналогичная;
DV3-микросхема, например LMC555CM фирмы "NS" или аналогичная;
Тр. - трансформатор БПВА или аналогичный;
R1…R21 - резисторы, например RC1206JR фирмы "Yageo" или аналогичные;
С1…С5 - конденсаторы, например CC1206MRY5V9BN105 фирмы "Yageo" или аналогичные;
С6 - конденсатор, например 2220В103К102 фирмы "Hitano" или аналогичный;
С7 - конденсатор, например 1812N680K202 фирмы "Hitano" или аналогичный;
С8 - конденсатор, например CC1206MRY5V9BN105 фирмы "Yageo" или аналогичный;
С9 - конденсатор, например HFZ102MBFEJOKR фирмы "Vishay" или аналогичный;
С10 - конденсатор, например T491D226M016AS фирмы "Kemet" или аналогичный;
С11, С12 - конденсаторы, например HP32G101MRX фирмы "Hitachi" или аналогичные;
С13 - конденсатор, например CC1206KKX7R7BB474 фирмы "Yageo" или аналогичный.
На фиг.7 обозначены:
18 - прототип;
19 - заявляемое устройство.
1
2
1
2
Источник бесперебойного питания содержит два узла индикации работы канала 1 и 1, три выпрямителя В1…В3, два узла управления 2 и 5, генератор 3, узел заряда и сигнализации 4, узел контроля уровня напряжения 6, узел готовности 7, стабилитрон S, три полевых транзистора Т1…Т3, пять конденсаторов С1…С5, три диода Д1…Д3, два светодиода V и V2, шесть резисторов R1…R6, терморезистор Rt, трансформатор Тр., Исток и подложка первого полевого транзистора Т3 соединены со вторым выходом второго выпрямителя В3 и с первым выводом третьего конденсатора С3, второй вывод которого соединен с первым выводом второго резистора R2. Первый вывод четвертого конденсатора С4 соединен с первым выводом первого резистора R1. Катод первого светодиода V2 является вторым выходом 15 устройства, первый выход 14 которого соединен с первым выводом шестого резистора R6, второй вывод которого соединен с анодом первого светодиода V2. Затвор первого полевого транзистора Т3 соединен со вторым выводом четвертого резистора R5. Анод первого диода Д1 соединен со вторым выводом второго конденсатора С1 и со вторым выходом третьего выпрямителя В1. Вводы вторичной обмотки трансформатора Тр. соединены со входами первого выпрямителя В2, второй выход которого соединен с первым входом первого узла управления 2, с первыми выводами первого С2 и второго С1 конденсаторов и с первым выходом третьего выпрямителя В1. Выходы узла заряда и сигнализации 4 являются пятым 16 и шестым 17 выходами устройства. Первый вход второго узла управления 5 соединен со вторым выводом первого конденсатора С2. Первый выход первого выпрямителя В2 соединен со вторым входом первого узла управления 2. Катод второго светодиода V1 соединен со вторым входом узла готовности 7 и с шестым выходом 17 устройства, являющимся третьим выходом узла заряда и сигнализации 4, второй выход которого соединен с анодом светодиода V1. Первый выход узла заряда и сигнализации 4, являющийся пятым выходом 16 устройства, соединен с первым входом узла готовности 7, выходы которого являются третьим 12 и четвертым 13 выходом устройства, первый 8 и второй 9, третий 10 и четвертый 11 входы которого являются, соответственно, входами первого 1 и второго 1 узлов индикации работы канала, выходы которых соединены, соответственно, со входами третьего В1 и второго В3 выпрямителя, первый выход которого соединен с первым выходом первого резистора R1, со стоком второго Т1 и третьего Т2 полевого транзистора. Затвор второго полевого транзистора Т1 соединен со вторым выводом первого резистора R1 и с катодом стабилитрона S, анод которого соединен со вторым выводом третьего конденсатора С3 и с первым входом генератора 3, второй вход которого соединен с первыми выводами третьего С3 и пятого конденсатора С5, второй вывод которого соединен со вторым выводом четвертого конденсатора С4 и первым выводом терморезистора Rt, второй вывод которого соединен с первым выводом первичной обмотки трансформатора Тр., второй вывод которой соединен со стоком первого полевого транзистора Т3, третьим выходом генератора 3, истоком и подложкой третьего полевого транзистора Т2, затвор которого соединен с первым выводом пятого резистора R4, второй вывод которого соединен со вторым выходом генератора 3, четвертый выход которого соединен с первым выводом четвертого резистора R5. Первый выход генератора 3 соединен с катодом третьего диода Д3, анод которого соединен с первым выводом второго резистора R2, второй вывод которого соединен с истоком и подложкой второго полевого транзистора Т1. Первый выход первого узла управления 2 соединен с анодом второго диода Д2, катод которого соединен со вторым входом узла заряда и сигнализации 4, первый вход которого соединен с первым выводом первого конденсатора С2. Вход питания (-220 В) является третьим входом первого узла управления 2, второй выход которого соединен с первым выводом третьего резистора R3, второй вывод которого соединен с третьим входом узла заряда и сигнализации 4, четвертый вход которого соединен с первым входом второго узла управления 5, третий и четвертый выходы которого являются входами узла контроля уровня напряжения 6, выходы которого являются вторым и третьим входами второго узла управления 5, первый и второй выход которого являются первым 14 и вторым 15 выходом устройства, соответственно.
Источник бесперебойного питания содержит два емкостных накопителя энергии (узлы 1-6) с гальванически изолированными входами 8-9, 10-11 для подключения переменного, выпрямленного или постоянного напряжения и узел контроля заряженности накопителя для привода отключения выключателя 7.
Источник бесперебойного питания обеспечивает:
- питание оперативным выпрямленным током цифровых устройств релейной защиты и автоматики, а также приводов высоковольтных выключателей при пропадании внешнего питающего напряжения;
- заряд накопительной электрической емкости выпрямленным током ограниченной величины до номинального значения напряжения (для питания устройств цифровой релейной защиты и его входных дискретных сигналов - выход 220 В);
- заряд накопительной электрической емкости выпрямленным током ограниченной величины до номинального значения напряжения (для обеспечения энергией цепи отключения выключателя - выход 300 В);
- сигнализацию готовности (выход "Контроль заряда") (заряженности накопителя - выход 300 В), который может использоваться для блокировки преждевременного разряда накопителя релейной защиты;
- надежную работу при изменении входного напряжения от 40% до 122% от его номинального значения.
В описании работы источника бесперебойного питания не приведена подробно работа отдельных узлов, как не влияющая на общее функционирование заявляемого устройства, так и для сохранения "know how".
При наличии напряжения хотя бы на одном входе (например, 8-9) происходит заряд накопителей следующим образом:
1
входное напряжение поступает по цепи 8-9 через узел индикации 1 (светится индикатор V в узле индикации работы канала 1) на выпрямитель В1. Далее выпрямленное напряжение с выхода выпрямителя В1 через диод Д1 поступает на схему управления 5 с узлом контроля уровня напряжения 6, а также на накопитель 4 со схемой управления 2. При этом на первом выходе 14-15 напряжение 220 В появится практически без задержки с появлением сигнала свечения светодиода V2. На втором выходе 16-17 напряжение 300 В появится только после заряда накопителя 4 с появлением сигнала свечения светодиода V1 и сигнала контроль заряда на выходе реле Р1.1 узла готовности 7.
При наличии напряжения на втором входе (10-11) происходит заряд накопителей следующим образом:
входное напряжение поступает по цепи 10-11 через узел индикации 12 (светится индикатор V в узле индикации работы канала 1) на выпрямитель В3. Далее выпрямленное напряжение с выхода выпрямителя ВЗ поступает на генератор напряжения 3 и сгенерированное через трансформатор Тр., выпрямитель В2 и схему управления 2 поступает на накопитель 4. При этом на первом выходе 14-15 напряжение 220 В появится практически без задержки с появлением сигнала свечения светодиода V2. На втором выходе 16-17 напряжение 300 В появится только после заряда накопителя 4 с появлением сигнала свечения светодиода V1 и сигнала контроль заряда на выходе реле Р1.1 узла готовности 7.
Источник бесперебойного питания имеет следующие преимущества перед прототипом:
- два гальванически развязанных входа 8-9 и 10-11 для подключения к разным источникам оперативного тока с целью резервирования;
- два выхода для питания релейной защиты и выключателя, гальванически развязанных между собой, а также гальванически развязанный выход сигнализации;
- защиту от короткого замыкания на выходах с самовосстановлением после устранения короткого замыкания;
- для защиты питающей сети от внутренних повреждений во входные цепи установлены предохранители.
Таким образом, данное устройство имеет расширенные функциональные возможности и меньшие габариты (рис.7) по сравнению с прототипом.