ИСТОЧНИК БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭНЕРГОПИТАНИЯ СО ВСТРОЕННЫМ ТРАНСФОРМАТОРОМ

1. Область полезной модели
Настоящая полезная модель относится к источнику бесперебойного электропитания и, в частности, к источнику бесперебойного электропитания, имеющему встроенный трансформатор с совместно используемой обмоткой, с уменьшенным числом витков обмотки, размером и стоимостью.
2. Описание известного уровня техники
Источник бесперебойного электропитания относится к резервному энергетическому оборудованию, которое служит для подачи резервного электропитания на энергопотребляющее оборудование при нарушениях в работе сети переменного тока, таких как прекращение подачи электроэнергии, перенапряжение/недостаточное напряжение, наличие скачков тока и т.п., для того, чтобы осуществлять непрерывное рабочее электропитание энергопотребляющего оборудования и для того, чтобы предотвратить потерю данных или выход из-под контроля для оборудования, предназначенного для решения критически важных задач, такого как компьютеры, телекоммуникационные сети, частные телефонные станции с выходом в общую сеть.
Как показано на Фиг.6, известен стандартный источник бесперебойного электропитания, который имеет устройство защиты от скачков напряжения и электромагнитных помех 81, зарядное устройство 82, аккумуляторную батарею 83, полномостовой преобразователь 84 и автоматический регулятор напряжения 85.
Устройство защиты от скачков напряжения и электромагнитных помех 81 имеет входную клемму и выходную клемму. Входная клемма устройства защиты от скачков напряжения и электромагнитных помех 81 подключена к сети переменного тока.
Зарядное устройство 82 имеет входную клемму и выходную клемму. Входная клемма зарядного устройства 82 подключена к выходной клемме устройства защиты от скачков напряжения и электромагнитных помех 81.
Аккумуляторная батарея подключена к выходной клемме зарядного устройства 82.
Полномостовой преобразователь 84 имеет четыре выключателя питания G1, G2, G3 и G4, трансформатор Т и контроллер (не показан). Каждый из двух выключателей питания G1 и G3 и два других выключателя питания G2, G4 подключены попарно. Трансформатор Т имеет первичную обмотку и вторичную обмотку. Два конца первичной обмотки соответственно подключены к двум парам выключателей электропитания. Вторичная обмотка имеет две подобмотки, отделенные друг от друга.
Автоматический регулятор напряжения 85 имеет два переключателя 851, 852. Каждый из переключателей 851, 852 имеет два контакта и один общий контакт. Общий контакт избирательно подключен к одному из контактов соответствующего переключателя 851, 852. Подключенные контакты переключателей 851, 852 также подключены к вторичной обмотке трансформатора Т. Общий контакт переключателя 851 последовательно подключен к входному переключателю и также подключен к выходной клемме устройства защиты от скачков напряжения и электромагнитных помех 81. Общий контакт другого переключателя 852 подключен к выходной клемме питания.
Выходная клемма питания подключена к энергопотребляющему оборудованию. В том случае, когда сеть переменного тока работает нормально, питание от сети позволяет не только осуществить зарядку аккумуляторной батареи 83 через устройство защиты от скачков напряжения и электромагнитных помех 81 и зарядное устройство 83, но также напрямую осуществить электропитание энергопотребляющего оборудования через автоматический регулятор напряжения 85. В том случае, когда происходит отказ или нарушение в работе сети переменного тока, выключатели питания G1, G2, G3, G4 полномостового преобразователя 84 приводятся в действие при помощи контроллера для преобразования питания постоянного тока от аккумуляторной батареи в питание переменного тока с помощью трансформатора Т и осуществляет подачу питания переменного тока на энергопотребляющее оборудование. Автоматический регулятор напряжения 85 также находится под управлением контроллера для того, чтобы осуществлять повышение или снижение напряжения в режиме работы аккумуляторной батареи.
В настоящее время вместе с полномостовым преобразователем 84 обычно применяют изолирующий трансформатор. Изолирующий трансформатор имеет первичную обмотку и вторичную обмотку. В так называемом «изолирующем трансформаторе» первичная обмотка и вторичная обмотка полностью изолированы и отделены. Для обеспечения того, чтобы первичная обмотка и вторичная обмотка были полностью изолированно отделены, помимо применения изоляции, первичная и вторичная обмотки должны быть отделены друг от друга безопасным промежутком. При этом дальнейшее уменьшение числа витков обмоток не представляется возможным. Соответственно, размер и стоимость трансформатора не могут быть существенно уменьшены.
На Фиг.7 показан другой стандартный источник бесперебойного электропитания. Этот источник бесперебойного электропитания отличается от указанного стандартного источника бесперебойного электропитания тем, что в нем применяется двухтактный преобразователь 86. Двухтактный преобразователь 86 имеет два выключателя питания G1, G2, трансформатор и контроллер (не показан). Управление двумя выключателями питания G1, G2 осуществляется при помощи контроллера, и они подключены к первичной обмотке трансформатора Т. Другое отличие состоит в том, что входная клемма зарядного устройства 82 подключена к первичной вспомогательной обмотке трансформатора Т для получения рабочего питания с целью осуществления зарядки.
В источнике бесперебойного электропитания, имеющем двухтактный преобразователь 86, все еще применяется изолирующий трансформатор, и до сих пор имеет место та же самая основная проблема, присущая источнику бесперебойного электропитания, вместе с которым применяется полномостовой преобразователь. К тому же первичная обмотка трансформатора, кроме двух подобмоток имеет также вспомогательную обмотку. Так как все подобмотки и вспомогательная обмотка должны быть автономными и должны быть полностью изолированными и отделенными друг от друга, размер и стоимость источника бесперебойного электропитания не могут быть существенно уменьшены.
СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Целью настоящей полезной модели является создание источника бесперебойного электропитания, имеющего встроенный трансформатор с совместно используемой обмоткой, с уменьшением числа витков обмотки, размера и стоимости трансформатора.
Указанная цель достигается за счет того, что источник бесперебойного электропитания имеет группу выходных клемм питания, устройство защиты от скачков напряжения и электромагнитных помех, зарядное устройство, аккумуляторную батарею и силовой преобразователь.
Устройство защиты от скачков напряжения и электромагнитных помех имеет входную клемму и выходную клемму. Входная клемма приспособлена для подключения к сети переменного тока.
Зарядное устройство имеет входную клемму и выходную клемму. Входная клемма приспособлена для подключения к сети переменного тока.
Аккумуляторная батарея подключена к выходной клемме зарядного устройства.
Силовой преобразователь имеет группу выключателей питания и встроенный трансформатор. Встроенный трансформатор имеет первичную сторону и вторичную сторону. Первичная сторона имеет первую обмотку, подключенную к группе выключателей питания и состоящую по меньшей мере из одной подобмотки. Вторая обмотка последовательно подключена к первой обмотке, а также подключена к группе выходных клемм питания и состоит по меньшей мере из одной подобмотки.
В отличие от первичной обмотки и вторичной обмотки стандартного изолирующего трансформатора, применяемого в источнике бесперебойного электропитания, первая обмотка и вторая обмотка согласно настоящей полезной модели подключены вместе напрямую без требуемого пространства для совместной изоляции и разделения. Кроме того, первая обмотка и вторая обмотка совместно используют часть обмоток. Таким образом, число витков обмоток может быть уменьшено, и соответственно, может быть уменьшен размер встроенного трансформатора и снижена его стоимость.
Другие цели, преимущества и отличительные признаки полезной модели будут более понятны из нижеследующего подробного описания со ссылками на прилагаемые чертежи.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг.1 изображена принципиальная схема источника бесперебойного электропитания, имеющего встроенный трансформатор, в первом варианте выполнения согласно настоящей полезной модели;
на Фиг.2 - принципиальная схема источника бесперебойного электропитания, имеющего встроенный трансформатор, во втором варианте выполнения согласно настоящей полезной модели;
на Фиг.3 - принципиальная схема источника бесперебойного электропитания, имеющего встроенный трансформатор, в третьем варианте выполнения согласно настоящей полезной модели;
на Фиг.4 - принципиальная схема источника бесперебойного электропитания, имеющего встроенный трансформатор, в четвертом варианте выполнения согласно настоящей полезной модели;
на Фиг.5 - принципиальная схема источника бесперебойного электропитания, имеющего встроенный трансформатор, в пятом варианте выполнения согласно настоящей полезной модели;
на Фиг.6 - принципиальная схема стандартного источника бесперебойного электропитания;
на Фиг.7 - принципиальная схема другого стандартного источника бесперебойного электропитания.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Как показано на Фиг.1, в первом варианте выполнения источник бесперебойного электропитания, имеющий встроенный трансформатор, согласно настоящей полезной модели имеет устройство защиты от скачков напряжения и электромагнитных помех 11, зарядное устройство 12, аккумуляторную батарею 13 и полномостовой преобразователь 14.
Устройство защиты от скачков напряжения и электромагнитных помех 11 имеет входную клемму и выходную клемму. Входная клемма в устройстве защиты от скачков напряжения и электромагнитных помех 11 подключена к сети переменного тока. В настоящем варианте выполнения выходная клемма устройства защиты от скачков напряжения и электромагнитных помех 11 подключена к группе выходных клемм питания через два входных переключателя 111, 112.
Зарядное устройство 12 имеет входную клемму и выходную клемму. Входная клемма зарядного устройства 12 подключена к сети переменного тока. В настоящем варианте выполнения, входная клемма подключена к выходным клеммам устройства защиты от скачков напряжения и электромагнитных помех 11.
Аккумуляторная батарея 13 подключена к выходной клемме зарядного устройства 12 так, чтобы происходила зарядка аккумуляторной батареи 13 за счет преобразованного питания постоянного тока, получаемого на выходе зарядного устройства 12.
Полномостовой преобразователь 14 имеет два выключателя G1, G2 верхнего плеча и два выключателя G3, G4 нижнего плеча, соответственно последовательно подключенных к выключателям G1, G3 верхнего плеча, встроенный трансформатор 20 и контроллер (не показан). Каждый из выключателей G1, G2 верхнего плеча и выключателей G3, G4 нижнего плеча может состоять из группы выключателей питания, имеющих множество параллельно подключенных выключателей питания. Логический элемент каждого из выключателей G1, G2 верхнего плеча и выключателей G3, G4 нижнего плеча подключен к выходной клемме контроллера и управляется при помощи контроллера. Встроенный трансформатор 20 имеет первичную сторону, имеющую первую подобмотку 201 и вторую подобмотку 202, последовательно подключенные. И первая, и вторая подобмотки 201, 202 имеют первый конец и второй конец. Первый конец второй подобмотки 202 подключен ко второму концу первой подобмотки 201. Первый конец первой подобмотки 201 и второй конец первой подобмотки 201 соответственно подключены к двум последовательным узлам двух выключателей G1, G2 верхнего плеча и двух выключателей G3, G4 нижнего плеча для образования первой обмотки 21. Первый конец первой подобмотки 201 и второй конец второй подобмотки 202 соответственно подключены к входным переключателям 111, 112. Первый конец первой подобмотки и второй конец второй подобмотки подключены к группе выходных клемм питания для образования второй обмотки 22.
При нормальной работе сети переменного тока, переключение при помощи двух входных переключателей 111, 112 осуществляется так, чтобы происходило подключение устройства защиты от скачков напряжения и электромагнитных помех 11 к выходной клемме питания. Электропитание от сети подается на нагрузку, подключенную к группе выходных клемм питания через устройство защиты от скачков напряжения и электромагнитных помех 11, и осуществляет зарядку аккумуляторной батареи 13 через зарядное устройство 12. В случае отказа в работе в сети переменного тока, происходит переключение двух входных переключателей 111, 112, так чтобы происходило подключение группы выходных клемм питания к полномостовому преобразователю 14. Питание постоянным током подается от аккумуляторной батареи 13 на полномостовой преобразователь 14 и преобразуется в питание переменным током, подаваемое на нагрузку через группы выходных клемм питания. При этом следует отметить, что первая обмотка 21 встроенного трансформатора 20 служит в качестве первичной обмотки стандартного изолирующего трансформатора, а вторая обмотка 22 служит в качестве вторичной обмотки изолирующего трансформатора. Так как вторая обмотка 22 использует первую подобмотку 201 совместно с первой обмоткой 21, витки второй обмотки 22 могут быть вообще удалены.
На Фиг.2 показан второй вариант выполнения источника бесперебойного электропитания согласно настоящей полезной модели. Настоящий вариант выполнения отличается от второго варианта выполнения тем, что первый конец второй подобмотки 202 и второй конец второй подобмотки 202 соответственно подключены к двум выключателям G1, G2 верхнего плеча и выключателям G3, G4 нижнего плеча для образования первой обмотки 21, а первый конец первой обмотки 201 и второй конец второй подобмотки 202 подключены к группе выходных клемм питания для образования второй обмотки. Аналогичным образом вторая обмотка также использует вторую подобмотку 202 совместно с первой обмоткой 21.
Как показано на Фиг.3, третий вариант выполнения источника бесперебойного электропитания, имеющего встроенный трансформатор, согласно настоящей полезной модели, отличается от вышеуказанных вариантов выполнения тем, что первичная сторона встроенного трансформатора имеет первую подобмотку 201, вторую подобмотку 202 и третью подобмотку 203, последовательно подключенные, и источник бесперебойного электропитания имеет также автоматический регулятор напряжения 15. Каждая из этих подобмоток 201, 202, 203 имеет первый конец и второй конец. Автоматический регулятор напряжения 15 имеет первый переключатель 151 и второй переключатель 152. Каждый из этих переключателей 151 и 152 имеет два контакта и общий контакт. Общий контакт избирательно подключен к одному из контактов каждого переключателя. После последовательного подключения общего контакта первого переключателя 151 к соответствующему входному переключателю 111 и выходной клемме устройства защиты от скачков напряжения и электромагнитных помех 11 и подключения общего контакта второго переключателя 152 к группе выходных клемм питания, первый конец первой подобмотки 201 и второй конец первой подобмотки 201 соответственно подключаются к двум последовательным узлам выключателей G1, G2 верхнего плеча и выключателям G3, G4 нижнего плеча для образования первой обмотки 21. Первый конец первой подобмотки 201 и второй конец второй подобмотки 202 соответственно подключены к соответствующим контактам первого и второго переключателей 151, 152. Первый конец первой подобмотки 201 и второй конец третьей подобмотки 203 подключены к группе выходных клемм питания для образования второй обмотки 22.
Когда источник бесперебойного электропитания повышает напряжение при помощи автоматического регулятора 15, происходит переключение первого переключателя 151 на соответствующий контакт для подключения к первому концу третьей подобмотки 203, и переключение второго переключателя 152 на соответствующий контакт для подключения к первому концу первой подобмотки 201. При генерировании и получении наведенного напряжения на выходе, вторая обмотка 22 совместно использует первую подобмотку 201 первой обмотки 21. Когда источник бесперебойного электропитания понижает напряжение при помощи автоматического регулятора напряжения 15, происходит переключение первого переключателя 151 на соответствующий контакт для подключения к первому концу первой подобмотки 201 и переключение второго переключателя 152 на соответствующий контакт для подключения к первому концу третьей подобмотки 203. При генерировании и получении наведенного напряжения на выходе, вторая обмотка 22 совместно с первой обмоткой 21 использует только третью подобмотку 203.
Входная клемма зарядного устройства 12 в первом, втором и третьем вариантах выполнения подключена к выходной клемме устройства защиты от скачков напряжения и электромагнитных помех 11. Подводимое питание зарядного устройства 12 может обеспечиваться при помощи вспомогательной обмотки встроенного трансформатора 40, как показано на Фиг.5.
Как показано на Фиг.4, в четвертом варианте выполнения источник бесперебойного электропитания со встроенным трансформатором согласно настоящей полезной модели имеет устройство защиты от скачков напряжения и электромагнитных помех 31, зарядное устройство 32, аккумуляторную батарею 33 и двухтактный преобразователь 34.
Устройство защиты от скачков напряжения и электромагнитных помех 31 имеет входную клемму и выходную клемму. Входная клемма устройства защиты от скачков напряжения и электромагнитных помех 31 подключена к сети переменного тока. В настоящем варианте выполнения, выходная клемма устройства защиты от скачков напряжения и электромагнитных помех 31 подключена к группе выходных клемм питания через два входных переключателя 311, 312.
Зарядное устройство 32 имеет входную клемму и выходную клемму. Входная клемма зарядного устройства 32 подключена к выходной клемме устройства защиты от скачков напряжения и электромагнитных помех 31.
Аккумуляторная батарея 33 подключена к выходной клемме зарядного устройства 32, так чтобы за счет питания постоянного тока, получаемого на выходе зарядного устройства 32, напрямую происходила зарядка аккумуляторной батареи 33.
Двухтактный преобразователь 34 имеет два выключателя питания G1, G2, встроенный трансформатор 40 и контроллер (не показан). Каждый из выключателей питания G1, G2 состоит из группы выключателей питания, имеющей множество параллельно подключенных выключателей питания для увеличения пропускной способности по протеканию тока. Логический элемент каждого из выключателей питания G1, G2 подключен к выходной клемме контроллера и управляется при помощи контроллера. Встроенный трансформатор 40 имеет первичную сторону, имеющую первую подобмотку 401, вторую подобмотку 402 и третью подобмотку 403, которые последовательно подключены. И первая, и вторая, и третья подобмотки 401, 402, 403 имеют первый конец и второй конец. Первый конец и второй конец второй подобмотки 402 соответственно подключены ко второму концу первой подобмотки 401 и первому концу третьей подобмотки 403. Первый конец первой подобмотки 401 и второй конец второй подобмотки 402 соответственно подключены к выключателям питания G1, G2 для образования первой обмотки 41. Первый конец первой подобмотки 401 и второй конец третьей подобмотки 403 подключены к группе выходных клемм питания соответственно через входные переключатели 311, 312 для образования второй обмотки 42. При генерировании и получении наведенного напряжения на выходе, вторая обмотка 42 совместно с первой обмоткой 41 использует первую подобмотку 401 и вторую подобмотку 402.
Первый конец второй подобмотки 402 и второй конец третьей подобмотки 403 могут быть соответственно подключены к выключателям питания G1, G2 для образования первой обмотки 41. Первая подобмотка 401, вторая подобмотка 402 и третья подобмотка 403 по-прежнему образуют совместно вторую обмотку 42. Аналогично, вторая обмотка 42 совместно с первой обмоткой 41 использует вторую подобмотку 402 и третью подобмотку 403. В настоящем варианте выполнения, входная клемма зарядного устройства 32 подключена к выходной клемме устройства защиты от скачков напряжения и электромагнитных помех 11.
Подводимое питание зарядного устройства 12 может обеспечиваться при помощи вспомогательной обмотки встроенного трансформатора 40, как показано на Фиг.5.
Как показано на Фиг.5, пятый вариант выполнения источника бесперебойного электропитания со встроенным трансформатором согласно настоящей полезной модели отличается от четвертого варианта выполнения тем, что источник бесперебойного электропитания имеет также автоматический регулятор напряжения 35, а первичная сторона встроенного трансформатора 40 имеет первую подобмотку 401, вторую подобмотку 402, третью подобмотку 403 и четвертую подобмотку 404, последовательно подключенные. Автоматический регулятор напряжения 35 имеет первый переключатель 351 и второй переключатель 352. И первый переключатель 351, и второй переключатель 352 имеют два контакта и один общий контакт. Общий контакт избирательно подключен к одному из контактов каждого из переключателей 351 и 352. Общий контакт первого переключателя 351 последовательно подключен к соответствующему входному переключателю 311 и подключен также к выходной клемме устройства защиты от скачков напряжения и электромагнитных помех 31. Общий контакт второго переключателя 352 подключен к группе выходных клемм питания. Первый конец первой подобмотки 401 и второй конец второй подобмотки 402 соответственно подключены к выключателям питания G1, G2 для образования первой обмотки 41. Первый конец первой подобмотки 401 и второй конец третьей подобмотки 403 соответственно подключены к соответствующим контактам первого и второго переключателей 351, 352. Первая подобмотка 401, вторая подобмотка 402, третья подобмотка 403 и четвертая подобмотка 404 совместно образуют вторую обмотку 42.
В режиме работы аккумуляторной батареи, когда автоматический регулятор напряжения 35 повышает напряжение (первый конец первой подобмотки 401 подключен к соответствующему контакту второго переключателя 352 и первый конец четвертой подобмотки 404 подключен к соответствующему контакту первого переключателя), вторая обмотка 42 генерирует и подает на выход наведенное напряжение вместе с первой подобмоткой 401, второй подобмоткой 402, третьей подобмоткой 403 и четвертой подобмоткой 404, и таким образом совместно с первой обмоткой 41 использует первую и вторую подобмотки 401, 402.
Настоящий вариант выполнения отличается от четвертого варианта выполнения тем, что входная клемма зарядного устройства 32 согласно настоящему варианту выполнения подключена к выходной клемме устройства защиты от скачков напряжения и электромагнитных помех 31 и тем, что подводимое питание зарядного устройства 32 может подаваться при помощи вспомогательной обмотки 43 встроенного трансформатора 40. Благодаря дополнительному применению вспомогательной обмотки 43 встроенный трансформатор 40 имеет также вторичную сторону, изолированную и отделенную от первичной стороны. Вторичная сторона имеет вспомогательную обмотку 43, подключенную к входной клемме зарядного устройства 32. Несмотря на добавление вспомогательной обмотки 43 к вторичной стороне и отделение от первичной стороны, вторая подобмотка 42 на первичной стороне по-прежнему совместно использует первую подобмотку 401 и вторую подобмотку 402, за счет чего значительно уменьшается число витков обмоток в целом и существенно уменьшается размер и стоимость трансформатора.
Хотя в вышеприведенном описании приведены многочисленные характерные особенности и преимущества настоящей полезной модели вместе с подробностями, касающимися конструкции и функционирования полезной модели, данное раскрытие сущности полезной модели является только лишь иллюстративным. Могут быть внесены изменения, касающиеся деталей, в особенности изменения, касающиеся формы, размеров и расположения частей, в пределах сущности, обозначенной в полной мере в широком общем значении терминов, в которых выражена прилагаемая формула полезной модели.