Термокомпенсированная система управляемых выпрямительно-зарядных модулей бесперебойного электропитания потребителей постоянным током

Авторы патента:

Петухов Андрей Леонидович (RU)

Куленюк Станислав Владимирович (RU)

Солдатов Герман Борисович (RU)

Кузин Александр Павлович (RU)

H02J7/34 - параллельная работа в сетях с использованием как электрических аккумуляторов, так и других источников постоянного тока, например с целью обеспечения буферного режима (H02J 7/14 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2591057:

Закрытое акционерное общество "Научно-производственный комплекс "ВИП" (RU)

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности бесперебойного электроснабжения потребителей постоянным током и безопасности работы системы. Система управляемых выпрямительно-зарядных модулей бесперебойного электропитания потребителей постоянным током содержит блок выпрямителей нагрузки и блок выпрямителей батареи, имеющих модульную конструкцию, выходы выпрямителей каждого блока соединены между собой, а входы управления выпрямителей подключены к интерфейсу контроллера, вентиляторы, датчик тока нагрузки, измеритель напряжения нагрузки, подключенный к входу контроллера, аккумуляторную батарею, основную и выносную панели индикации, блок автоматического ввода резерва, выключатель выпрямителей нагрузки, выключатель выпрямителей батареи, диод, блок контроля изоляции, блок защиты первичных потребителей, блок защиты вторичных потребителей, блок отключения вторичных потребителей, выключатель-байпас выхода, выключатель аккумуляторной батареи, измеритель тока нагрузки, измеритель тока батареи, датчик тока батареи, два блока питания автоматики, соединенных параллельно, блок питания датчиков тока, измеритель напряжения батареи, контактную группу, блок индикаторов, разделенный на две группы индикаторов, блок режимов заряда батареи, концентратор, рабочую станцию, байпас входа, нагревательный элемент, реле высокой температуры, выходом подключенное к вентиляторам, реле низкой температуры, блок питания вентиляторов, звуковую сирену, блок отключения батареи, блок ручной блокировки отключения батареи, преобразователь интерфейса, датчик температуры шкафа, датчики температуры батареи, выходы которых соединены по интерфейсу между собой, с датчиком температуры шкафа и с входом преобразователя интерфейса, выходом подключенного к интерфейсу контроллера. 3 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для бесперебойного электропитания ответственных потребителей постоянным током.

Для обеспечения бесперебойного электропитания ответственных потребителей постоянным током, применяются системы бесперебойного электропитания, обеспечивающие питание нагрузки при наличии сетевого напряжения от выпрямительных модулей, а при его отсутствии - от аккумуляторных батарей. При этом системы бесперебойного электропитания включают в себя выпрямительные модули и аккумуляторную батарею, соединенные параллельно и питающие нагрузку.

При наличии сетевого напряжения, выпрямительные модули преобразуют напряжение сети в необходимое для питания нагрузки постоянное напряжение и обеспечивают питание нагрузки и заряд аккумуляторов. При отсутствии сетевого напряжения нагрузку питают аккумуляторы. При включении сетевого напряжения выпрямительные модули обеспечивают заряд батареи и питание нагрузки одновременно. Продолжительность срока службы аккумуляторной батареи во многом определяется режимами циклов заряд-разряд.

Известно устройство питания постоянного напряжения и зарядки аккумуляторных батарей (Патент на полезную модель №: 64824, H02J 7/00, Н02М 7/12).

Устройство содержит коммутатор, коммутирующий входы n преобразователей напряжения по сети питания. На выходе каждого преобразователя напряжения включено устройство слежения, образуя n параллельно соединенных цепочек из последовательно включенных преобразователей и устройств слежения, выходы которых соединены со входом датчика тока, входы управления подключены к контроллеру, выходы устройств слежения к входам управления соответствующих преобразователей, а выходы сигналов выравнивания токов объединены шиной. Блок защиты от переполюсовки аккумуляторных батарей (АБ) подключен к выходу датчика тока, соединенного с измерителем выходного напряжения и является выходом устройства для подключения (АБ) или нагрузки. Выходы управления датчика тока и измерителя напряжения соединены с контроллером. Панель управления и индикации представляет собой автономную микропроцессорную систему с многофункциональным жидкокристаллическим графическим индикатором, связанную с контроллером через порт интерфейса RS-485. Блок контроля тепловых процессов выходом подключается к исполнительному устройству вентиляции, а вход подключен к контроллеру, сигналы на который поступают через блок от датчиков температуры, установленных на корпусах радиаторов преобразователей. Блок дистанционного контроля состояния АБ подключен входом напряжения к выходу устройства, управляющим входом через интерфейс к контроллеру, а выход его является клеммами для подключения АБ. Устройство содержит вторую выносную панель управления и индикации, включенную и выполненную аналогично первой панели. Устройство слежения включает низкоомный шунт, блок выравнивания токов, блок слежения напряжения и сумматор.

В известном устройстве отсутствует возможность раздельного управления напряжением выпрямителей нагрузки и напряжением выпрямителей батареи, что снижает эксплуатационные возможности системы и гарантии бесперебойности электропитания. Нет возможности автоматического подключения резервных источников переменного напряжения, что также снижает вероятность бесперебойности электропитания.

При глубоком разряде аккумуляторной батареи вследствие длительного отсутствия электроэнергии ток ее заряда будет высоким, что разрушительно для аккумуляторной батареи. Для ограничения зарядного тока введен известный блок дистанционного контроля состояния аккумулятора и автоматического управления зарядным током, основанный на элементах, резко увеличивающих свое сопротивление при увеличении тока, однако это неэффективно, так как теряется энергия на нагрев, а большие мощности рассеивать невозможно, что снижает максимально достижимую выходную мощность устройства.

Контроллер по сигналам с блока дистанционного контроля состояния аккумулятора и автоматического управления зарядным током управляет параметрами выпрямителей. Но аккумуляторная батарея и нагрузка гальванически связаны между собой, а параметры необходимого тока нагрузки и необходимого тока заряда аккумуляторной батареи не всегда совпадают. При больших мощностях нагрузки возникают трудности с ограничением тока заряда, что снижает максимально достижимую выходную мощность устройства.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому устройству является «Модульная система бесперебойного электропитания потребителей постоянным током» (Патент на изобретение №:2533204, H02J 7/00, H02J 7/35), принятая за прототип.

Система содержит n выпрямителей, входы управления которых подключены к контроллеру, датчик тока нагрузки, измеритель напряжения нагрузки, подключенный к входу контроллера, аккумуляторную батарею, основную и выносную панели индикации, подключенные к контроллеру, блок контроля температуры, подключенный к вентиляторам, блок автоматического ввода резерва, к входам которого подключены вводы источников переменного напряжения, а к выходу подключены силовые входы выпрямителей и блока контроля температуры, а выпрямители разделены на два блока, имеющие модульную конструкцию, один из которых выполняет функцию питания нагрузки, а другой функцию контроля и поддержания параметров состояния батареи. Выходы выпрямителей нагрузки подключены через выключатель выпрямителей нагрузки к катоду диода, соединенного с входом измерителя напряжения нагрузки, а анод диода через выключатель выпрямителей батареи подключен к выходам выпрямителей батареи. Катод диода через датчик тока нагрузки подключен к первому входу блока защиты первичных потребителей, к силовому входу блока отключения вторичных потребителей и к входу блока контроля изоляции. В систему введены датчики тока заряда и разряда батареи, включенные встречно, а анод диода через оба датчика подключен к выключателю батареи, к входам блоков питания автоматики и к входу блока питания датчиков тока. Другим выводом выключатель батареи подключен к аккумуляторной батарее и к входу измерителя напряжения батареи. Входы питания датчиков тока подключены к выходу блока питания датчиков тока, а выходы блоков питания автоматики подключены к соответствующему входу контроллера, к контактной группе и к входу блока режимов заряда батареи, выходы которого подключены к входам контроллера, а выходы контактной группы подключены к второй группе блока индикаторов и к соответствующим входам контроллера, а первая группа индикаторов подключена к соответствующим выходам контроллера. Входы панелей управления подключены к выходу контроллера по интерфейсу RS-485. В систему введены измерители токов нагрузки, заряда батареи и разряда батареи, выходы которых подключены к входам контроллера, а входы к соответствующим выходам датчиков тока нагрузки, тока заряда батареи и тока разряда батареи. Силовой выход блока отключения вторичных потребителей соединен с входом блока защиты вторичных потребителей, а вход управления с соответствующим выходом контроллера. В систему введен выключатель-байпас, один вывод которого соединен с вторым входом блока защиты первичных потребителей, а другой вывод соединен с аккумуляторной батареей. Сетевой выход контроллера через концентратор подключен к рабочей станции.

К недостаткам системы относятся:

- отсутствие нагревателей и блока управления ими сужает температурный диапазон работоспособности системы, что снижает вероятность бесперебойности электроснабжения потребителей;

- отсутствие возможности подключения к сети питания, при неисправности блока АВР, снижает вероятность бесперебойности электроснабжения потребителей;

- наличие двух датчиков тока батареи (заряда и разряда, так как контроллер Овен не позволяет измерять отрицательные значения) усложняет систему, что снижает вероятность бесперебойности электроснабжения потребителей;

- отсутствие звуковой сирены при аварийных сигналах снижает вероятность бесперебойности электроснабжения и безопасность работы системы;

- отсутствие автоматического отключения аккумуляторной батареи, при аварийных ситуациях, снижает безопасность работы системы;

- отсутствие температурного контроля аккумуляторной батареи не позволяет поддерживать оптимальные параметры работы аккумуляторной батареи, что приводит к уменьшению емкости батареи, уменьшению срока службы и возможности аварии батареи. Эти факторы снижают вероятность бесперебойности электроснабжения потребителей и безопасность работы системы;

Технической задачей предлагаемого изобретения является увеличение вероятности бесперебойного электроснабжения потребителей постоянным током и безопасности работы системы.

Заявляемая термокомпенсированная система управляемых выпрямительно-зарядных модулей бесперебойного электропитания потребителей постоянным током содержит блок выпрямителей нагрузки и блок выпрямителей батареи имеющих модульную конструкцию, выходы выпрямителей каждого блока соединены между собой, а входы управления выпрямителей подключены к интерфейсу контроллера, вентиляторы, датчик тока нагрузки, измеритель напряжения нагрузки, подключенный к входу контроллера, аккумуляторную батарею, основную и выносную панели индикации, блок автоматического ввода резерва, выключатель выпрямителей нагрузки, выключатель выпрямителей батареи, диод, блок контроля изоляции, блок защиты первичных потребителей, блок защиты вторичных потребителей, блок отключения вторичных потребителей, выключатель-байпас выхода, выключатель аккумуляторной батареи, измеритель тока нагрузки, измеритель тока батареи, датчик тока батареи, два блока питания автоматики, соединенных параллельно, блок питания датчиков тока, измеритель напряжения батареи, контактную группу, блок индикаторов, разделенный на две группы индикаторов, блок режимов заряда батареи, концентратор, рабочую станцию, причем к входам блока автоматического ввода резерва подключены вводы источников переменного напряжения, а к выходу подключены силовые входы выпрямителей, а выходы выпрямителей нагрузки подключены через выключатель выпрямителей нагрузки к катоду диода, а выходы выпрямителей аккумуляторной батареи подключены через выключатель выпрямителей батареи к аноду диода, подключенному через датчик тока батареи к выключателю аккумуляторной батареи, который другим выводом соединен с выключателем-байпас выхода, аккумуляторной батареей и входом измерителя напряжения батареи, выход которого подключен к соответствующему входу контроллера, а катод диода через датчик тока нагрузки подключен к первому входу блока защиты первичных потребителей, к силовому входу блока отключения вторичных потребителей, к блоку контроля изоляции и к входу измерителя напряжения нагрузки, а выходы датчиков тока нагрузки и тока батареи подключены соответственно к входам измерителя тока нагрузки и измерителя тока аккумуляторной батареи, а входы питания датчиков тока соединены с выходом блока питания датчиков тока, вход которого подключен к входам блоков питания автоматики; другой вывод выключателя-байпас выхода соединен с вторым входом блока защиты первичных потребителей, а силовой выход блока отключения вторичных потребителей подключен к блоку защиты вторичных потребителей; причем выходы: измерителя тока нагрузки, измерителя тока аккумуляторной батареи, блока режимов заряда аккумуляторной батареи, контактной группы и блоков питания автоматики - подключены каждый к соответствующему входу контроллера, причем выход блоков питания автоматики подключен также к входу блока режимов заряда батареи и к входу контактной группы, а выходы контактной группы подключены к индикаторам второй группы блока индикаторов, а индикаторы первой группы блока индикаторов подключены к соответствующим выходам контроллера, а к другому выходу контроллера подключен вход управления блока отключения вторичных потребителей, а сетевой выход контроллера через концентратор подключен к рабочей станции.

В отличие от прототипа в систему дополнительно введены: выключатель-байпас входа, нагревательный элемент, реле высокой температуры, выходом подключенное к вентиляторам, реле низкой температуры, блок питания вентиляторов, звуковая сирена, блок отключения батареи, блок ручной блокировки отключения батареи, преобразователь интерфейса, датчик температуры шкафа, датчики температуры батареи, выходы которых соединены по интерфейсу между собой, с датчиком температуры шкафа и с входом преобразователя интерфейса, выходом подключенного к интерфейсу контроллера, а блок отключения батареи первым входом соединен с входами блоков питания автоматики, вторым входом - с выходом контроллера, третьим входом - с выходами блоков питания автоматики, а выходом подключен к входу контроллера, силовые контакты блока включены последовательно с элементами аккумуляторной батареи, причем параллельно контактам блока отключения батареи включены контакты блока ручной блокировки отключения батареи, звуковая сирена подключена к выходу контактной группы, а входы блоков питания автоматики подключены к первому входу блока защиты первичных потребителей, входы выключателя-байпас входа подключены к входам блока автоматического ввода резерва, а выходы - с первым входом реле низкой температуры, выход которого подключен к нагревательному элементу, а второй вход подключен к выходу контроллера, первый вход реле высокой температуры подключен к выходу блока питания вентиляторов, входом подключенного к выходу блока автоматического ввода резерва, причем выход вентиляторов соединен с входом контроллера, а вход управления реле высокой температуры соединен с соответствующим выходом контроллера, причем основная и выносная панели индикации подключены к выходу концентратора.

- Введение в систему байпаса входа, подключенного параллельно блоку автоматического ввода резерва увеличивает вероятность бесперебойной работы системы за счет возможности ручного подключения исправного ввода при выходе из строя блока автоматического ввода резерва;

- Введение в систему реле низкой температуры, управляемого контроллером и подключенного к нагревательному элементу, увеличивает вероятность бесперебойной работы системы за счет исключения возможности образования инея и улучшения климатических условий работы системы и аккумуляторной батареи;

- Наличие реле высокой температуры, управляемого контроллером и выходом подключенное к вентиляторам, а входом - к блоку питания вентиляторов и подключение выходов вентиляторов к контроллеру, для контроля частоты вращения, увеличивает вероятность бесперебойной работы системы за счет контроля системы охлаждения и улучшения климатических условий работы системы;

- Наличие датчика температуры шкафа и датчиков температуры элементов аккумуляторной батареи, выходами по интерфейсу подключенных к преобразователю интерфейса, который выходом подключен к контроллеру, позволяет контроллеру следить за температурой шкафа и аккумуляторной батареи. Это увеличивает вероятность бесперебойности и безопасность работы системы за счет исключения аварийных ситуаций при перегреве блоков системы и элементов батареи. Напряжение заряда аккумуляторной батареи корректируется в зависимости от температуры окружающей среды, что увеличивает срок службы батареи и вероятность бесперебойного электроснабжения потребителей.

- Наличие блока отключения батареи, контакты которого включены последовательно с элементами аккумуляторной батареи, позволяет автоматически разделять батарею на отдельные части при возникновении аварийных ситуаций, что увеличивает безопасность работы системы. Наличие дополнительного контакта «Отключение батареи», подключенного к входу контроллера позволяет принудительно разделять батарею на отдельные части при возникновении аварийных ситуаций и ремонте. Это увеличивает безопасность работы системы.

- Наличие блока ручной блокировки отключения батареи увеличивает вероятность бесперебойной работы системы за счет возможности вмешательства человека, когда цена отключения электроэнергии значительно превышает цену испорченной аккумуляторной батареи или при неисправности системы.

- Наличие звуковой сирены, соединенной с выходом контактной группы, увеличивает вероятность бесперебойности и безопасность работы системы за счет своевременного обнаружения неисправности.

- Использование одного датчика тока для измерения токов заряда и разряда аккумуляторной батареи (в прототипе два датчика тока батареи), за счет применения контроллера фирмы Siemens, позволяет уменьшить количество элементов системы, что увеличивает вероятность бесперебойной работы системы за счет увеличения отказоустойчивости;

- Подключение внутренних нагрузок системы к проводу питания первичных потребителей позволяет увеличивать количество выпрямителей для питания внутренних нагрузок системы и учитывать внутреннее потребление тока самой системы, что увеличивает вероятность бесперебойной работы системы за счет резервирования выпрямителей и возможности анализа распределения токов нагрузки и внутреннего потребления системы.

Таким образом, все признаки являются существенными и решают поставленную задачу.

Система представлена на чертежах.

Фиг. 1 Структурная схема системы.

Фиг. 2 График зависимости зарядного напряжения (для аккумуляторов Sonnenschein А400) от температуры окружающей среды.

Фиг. 3 Блок отключения батареи, электрическая схема.

Термокомпенсированная система управляемых выпрямительно-зарядных модулей бесперебойного электропитания потребителей постоянным током, фиг. 1, включает в себя блок автоматического ввода резерва 1, например щит автоматического включения резерва ЩАВР2-25-3-2; блок выпрямителей нагрузки 2 и блок выпрямителей батареи 3, имеющих модульную конструкцию; контроллер 4; реле высокой температуры 5; вентиляторы 6; выключатель выпрямителей нагрузки 7; датчик тока нагрузки 8; блок защиты первичных потребителей 9; блок защиты вторичных потребителей 10; блок отключения вторичных потребителей 11; аккумуляторную батарею 12; выключатель аккумуляторной батареи 13; датчик тока батареи 14; датчик температуры шкафа 15 (например микросхема DS18b20); диод 16; измеритель напряжения батареи 17 (резистивный делитель); панель индикации 18 (SIMATIC KР300 Basic mono PN с монохромным 3.6′′ дисплеем); выносную панель индикации 19; измерители, выполненные, например, в виде резистивных делителей напряжения: измеритель тока нагрузки 20, измеритель тока батареи 21; звуковую сирену 22; светосигнальные индикаторы блока индикаторов 23, разделенные на две группы; контактную группу 24, в которую входят вспомогательные контакты аппаратов защиты, сигнальные контакты блоков питания, устройств контроля состояния сети и контроля изоляции; блоки питания автоматики 25 и 26; блок питания датчиков тока 27; измеритель напряжения нагрузки 28 (резистивный делитель); блок режимов заряда батареи 29; блок контроля изоляции 30 (реле контроля изоляции CM-IWN-DC); выключатель (байпас выхода) 31; выключатель выпрямителей батареи 32; концентратор 33; рабочую станцию 34; датчики температуры элементов аккумуляторной батареи 35 (например, микросхемы DS18b20), подключенные к датчику температуры шкафа 15 и к входу преобразователя интерфейса 36 (например, «Универсальный адресуемый преобразователь интерфейсов 1Wire - RS485» http://www.rlda.ru/NL-1W485.pdf. или может быть выполнен на микросхеме STM 32); блок отключения батареи 37, контакты которого включены последовательно с секциями батареи; блок ручной блокировки отключения батареи 38; блок питания вентиляторов 39; реле низкой температуры 40; нагреватель 41; байпас входа 42.

Устройство работает следующим образом.

Блок автоматического ввода резерва 1 принимает электрическую энергию от двух или более независимых вводов переменного напряжения, осуществляет непрерывный контроль параметров напряжения и автоматическое переключение на заведомо исправный ввод.

С выхода блока 1 переменное напряжение поступает на силовые входы управляемых выпрямительных модулей нагрузки 2 и выпрямительно-зарядных модулей батареи 3. Режим работы блоков выпрямителей задается контроллером 4 (используется программируемый логический контроллер Simatic S7-1200 CPU 1214С) по последовательному интерфейсу RS-485. К выходу блока 1, через блок питания вентиляторов 39 и контакты реле высокой температуры 5, подключены вентиляторы 6. Контроль температуры осуществляется датчиком температуры 15 (например, микросхема DS18B20), который через преобразователь интерфейса 36, передает информацию в контроллер 4. При увеличении температуры окружающей среды выше заданного уровня, контроллер 4 подает сигнал на обмотку реле высокой температуры 5 и напряжение от блока питания вентиляторов 39, через контакты реле высокой температуры 5, поступает на блок вентиляторов 6. В системе используются вентиляторы с контролем частоты вращения (например, вентилятор 140×140 Scythe Slip Stream 140ХТ (SM1425XT12M), 3 pin). Выход блока вентиляторов подключен к контроллеру, который осуществляет постоянный контроль частоты вращения, что позволяет своевременно выявлять неисправность блока и предотвращать перегрев системы. При снижении температуры окружающей среды ниже заданного уровня контроллер 4 подает сигнал на обмотку реле низкой температуры 40 и напряжение от блока АВР 1, через контакты реле низкой температуры 40, поступает на нагревательный элемент 41. Датчики температуры элементов аккумуляторной батареи 35 установлены на отдельных элементах батареи и через преобразователь интерфейса 36, передают информацию в контроллер 4. Наличие информации о температуре элементов аккумуляторной батареи позволяет контроллеру 4 корректировать напряжение выпрямителей в" зависимости от температуры и оптимально управлять током заряда аккумуляторной батареи. Зарядное напряжение корректируется согласно графику (для аккумуляторов Sonnenschein А400) в зависимости от температуры окружающей среды, рис. 2.

При критической температуре (например, при пожаре или аварии батареи) по сигналу с контроллера отключается реле К2 блока отключения батареи 37. Контактор КМ3 блока отключается и разрывает свои контакты, включенные последовательно с элементами батареи. Схема блока приведена на рис. 3. Отключение батареи может быть произведено принудительно, нажатием кнопки SB3 «Отключение батареи» блока 37, подключенной к входу контроллера. При необходимости, оператор системы может заблокировать отключение батареи. Блок ручной блокировки отключения батареи 38 содержит разомкнутые контакты, которые позволяют оператору блокировать силовые контакты блока 37 при замыкании.

Постоянное напряжение с выхода блока выпрямителей нагрузки, через выключатель выпрямителей нагрузки 7 и датчик тока нагрузки 8, поступает на первый вход блока защиты первичных потребителей 9. На блок защиты вторичных потребителей 10 напряжение поступает через блок отключения вторичных потребителей 11, вход управления которого соединен с выходом контроллера 4. При продолжительном отсутствии сетевого напряжения и снижении напряжения аккумуляторной батареи 12 ниже заданного уровня на выходе контроллера 4 вырабатывается сигнал, по которому блок отключения вторичных потребителей 11 отключает менее ответственные потребители.

При отсутствии переменного напряжения на вводах питание потребителей осуществляется от аккумуляторной батареи 12 через выключатель батареи 13, датчик тока батареи 14, диод 16. Контроллер 4, через измеритель напряжения батареи 17, обеспечивает контроль состояния аккумуляторной батареи, сбор и хранение необходимой информации, которая через концентратор 33 выводится по каналу Ethernet на панель индикации 18. При необходимости может быть подключена выносная панель индикации 19.

Контроль состояния аккумуляторной батареи производится путем кратковременного снижения выходного напряжения выпрямителей батареи 3, предназначенных для ее заряда и проверки наличия на батарее более высокого напряжения.

Параметры тока нагрузки, тока заряда и разряда аккумуляторной батареи 12 контролируются по сигналам с выходов измерителя тока нагрузки 20, измерителя тока батареи 21, которые предназначены для согласования сигналов датчиков с входами контроллера 4.

Светосигнальные индикаторы блока индикаторов 23, разделенные на две группы, позволяют визуально определить состояние сети, режим работы системы и наличие аварии. Первая группа индикаторов срабатывает непосредственно по сигналам с выхода контроллера 4 и отображает режимы работы системы (заряд, разряд и т.п.). Вторая группа индикаторов срабатывает по сигналам от контактной группы 24, которая запитана от блоков питания автоматики 25, 26. Система постоянно контролирует исправность блоков 25 и 26. При выходе из строя одного из них система, работая на исправном блоке питания автоматики, выдает сигнал-«Неисправность ИП24», по которому ремонтный персонал срочно принимает меры.

При переключении любого контакта группы 24 напряжение с блока питания автоматики поступает на индикатор второй группы блока индикаторов 23 и на вход контроллера 4, который фиксирует параметры и время переключения контактов. Аварийные сигналы с выхода контактной группы 24 поступают на звуковую сирену 22, что позволяет своевременно приступить к анализу неисправности.

Питание датчиков тока 8 и 14 осуществляется от блока питания датчиков тока 27. Контроль выходного напряжения для питания потребителей осуществляется контроллером 4 через измеритель напряжения 28.

Режимы заряда аккумуляторной батареи 12 можно принудительно изменить кнопками SB1, SB2 блока режимов заряда батареи 29. По сигналам с кнопок контроллер 4 по интерфейсу RS-485 переводит выпрямители 2 и 3 в режим непрерывного подзаряда или в режим ускоренного заряда.

Блок контроля изоляции 30 осуществляет контроль сопротивления изоляции силовых проводов выходного напряжения относительно «Земли».

При отказе системы или ремонте выключателем 31 (байпас выхода) подключают напряжение аккумуляторной батареи 12 напрямую к первичным потребителям 9.

Выключателями 7, 32, 13 и общим выключателем 1QF0 блока защиты первичных потребителей 9 можно полностью обесточить на время ремонта аппараты, находящиеся под опасным напряжением.

Через концентратор 33 контроллер 4 связан с рабочей станцией 34. По сети Ethernet к системе можно подключить дополнительные рабочие станции, при необходимости.

Для повышения вероятности бесперебойной работы в систему введен байпас входа 42, состоящий из автоматических выключателей, подключенных параллельно блоку автоматического ввода резерва 1. Блок 42 обеспечивает возможность ручного подключения исправного ввода при выходе из строя блока автоматического ввода резерва.

Термокомпенсированная система управляемых выпрямительно-зарядных модулей бесперебойного электропитания потребителей постоянным током, содержащая блок выпрямителей нагрузки и блок выпрямителей батареи, имеющих модульную конструкцию, выходы выпрямителей каждого блока соединены между собой, а входы управления выпрямителей подключены к интерфейсу контроллера, вентиляторы, датчик тока нагрузки, измеритель напряжения нагрузки, подключенный к входу контроллера, аккумуляторную батарею, основную и выносную панели индикации, блок автоматического ввода резерва, выключатель выпрямителей нагрузки, выключатель выпрямителей батареи, диод, блок контроля изоляции, блок защиты первичных потребителей, блок защиты вторичных потребителей, блок отключения вторичных потребителей, выключатель-байпас выхода, выключатель аккумуляторной батареи, измеритель тока нагрузки, измеритель тока батареи, датчик тока батареи, два блока питания автоматики, соединенных параллельно, блок питания датчиков тока, измеритель напряжения батареи, контактную группу, блок индикаторов, разделенный на две группы индикаторов, блок режимов заряда батареи, концентратор, рабочую станцию, причем к входам блока автоматического ввода резерва подключены вводы источников переменного напряжения, а к выходу подключены силовые входы выпрямителей, а выходы выпрямителей нагрузки подключены через выключатель выпрямителей нагрузки к катоду диода, а выходы выпрямителей аккумуляторной батареи подключены через выключатель выпрямителей батареи к аноду диода, подключенному через датчик тока батареи к выключателю аккумуляторной батареи, который другим выводом соединен с выключателем-байпас выхода, аккумуляторной батареей и входом измерителя напряжения батареи, выход которого подключен к соответствующему входу контроллера, а катод диода через датчик тока нагрузки подключен к первому входу блока защиты первичных потребителей, к силовому входу блока отключения вторичных потребителей, к блоку контроля изоляции и к входу измерителя напряжения нагрузки, а выходы датчиков тока нагрузки и тока батареи подключены соответственно к входам измерителя тока нагрузки и измерителя тока аккумуляторной батареи, а входы питания датчиков тока соединены с выходом блока питания датчиков тока, вход которого подключен к входам блоков питания автоматики; другой вывод выключателя-байпас выхода соединен с вторым входом блока защиты первичных потребителей, а силовой выход блока отключения вторичных потребителей подключен к блоку защиты вторичных потребителей; причем выходы измерителя тока нагрузки, измерителя тока аккумуляторной батареи, блока режимов заряда аккумуляторной батареи, контактной группы и блоков питания автоматики подключены каждый к соответствующему входу контроллера, причем выход блоков питания автоматики подключен также к входу блока режимов заряда батареи и к входу контактной группы, а выходы контактной группы подключены к индикаторам второй группы блока, индикаторов, а индикаторы первой группы блока индикаторов подключены к соответствующим выходам контроллера, а к другому выходу контроллера подключен вход управления блока отключения вторичных потребителей, а сетевой выход контроллера через концентратор подключен к рабочей станции, отличающаяся тем, что в систему дополнительно введены: выключатель-байпас входа, нагревательный элемент, реле высокой температуры, выходом подключенное к вентиляторам, реле низкой температуры, блок питания вентиляторов, звуковая сирена, блок отключения батареи, блок ручной блокировки отключения батареи, преобразователь интерфейса, датчик температуры шкафа, датчики температуры батареи, выходы которых соединены по интерфейсу между собой, с датчиком температуры шкафа и с входом преобразователя интерфейса, выходом подключенного к интерфейсу контроллера, а блок отключения батареи первым входом соединен с входами блоков питания автоматики, вторым входом - с выходом контроллера, третьим входом - с выходами блоков питания автоматики, а выходом подключен к входу контроллера, силовые контакты блока включены последовательно с элементами аккумуляторной батареи, причем параллельно контактам блока отключения батареи включены контакты блока ручной блокировки отключения батареи, звуковая сирена подключена к выходу контактной группы, а входы блоков питания автоматики подключены к первому входу блока защиты первичных потребителей, входы выключателя-байпас входа подключены к входам блока автоматического ввода резерва, а выходы - с первым входом реле низкой температуры, выход которого подключен к нагревательному элементу, а второй вход подключен к выходу контроллера, первый вход реле высокой температуры подключен к выходу блока питания вентиляторов, входом подключенного к выходу блока автоматического ввода резерва, причем выход вентиляторов соединен с входом контроллера, а вход управления реле высокой температуры соединен с соответствующим выходом контроллера, причем основная и выносная панели индикации подключены к выходу концентратора.

Использование: в области электротехники. Технический результат - обеспечение надежной зарядки и разрядки элемента накопления энергии.

Способ управления автономной системой электроснабжения космического аппарата // 2576795

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам электроснабжения космических аппаратов с использованием в качестве первичных источников энергии солнечных батарей, а в качестве накопителей энергии - аккумуляторных батарей.

Способ электропитания космического аппарата // 2574912

Изобретение относится к области космической энергетики, конкретнее к бортовым системам электропитания (СЭП) космических аппаратов (КА). Технический результат - увеличение надежности.

Способ электропитания космического аппарата // 2574911

Изобретение относится к области космической энергетики, конкретнее к бортовым системам электропитания (СЭП) космических аппаратов (КА). Предлагается способ электропитания космического аппарата от солнечной батареи, подключенной своими плюсовой и минусовой шинами к стабилизатору напряжения, аккумуляторной батареи, подключенной своими плюсовой и минусовой шинами к входу разрядного и выходу зарядного устройств, причем стабилизатор напряжения солнечной батареи и разрядное устройство аккумуляторной батареи выполнены в виде мостовых инверторов с общим трансформатором с n выходными обмотками, где n≥2, а вход зарядного устройства соединен с одной из выходных обмоток трансформатора, к другим же (n-1) выходным обмоткам трансформатора подключены переходные устройства связи с нагрузками со своими номиналами выходного напряжения.

Способ управления автономной системой электропитания космического аппарата // 2572396

Предполагаемое изобретение относится к электротехнике, а именно к автономным системам электропитания (СЭП) космических аппаратов (КА), использующим в качестве первичных источников энергии батареи фотоэлектрические (БФ), а в качестве накопителей энергии - аккумуляторные батареи (АБ).

Способ питания нагрузки постоянным током в автономной системе электропитания космического аппарата // 2567930

Энергоустановка на топливных элементах // 2562801

Изобретение относится к энергоустановкам на топливных элементах и может использоваться при проектировании автономных, резервных и транспортных энергоустановок.

Система электропитания космического аппарата с экстремальным регулированием мощности солнечной батареи // 2560720

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к бортовым системам электропитания космических аппаратов, и может быть использовано в системе питания автоматических космических аппаратов на основе солнечных и аккумуляторных батарей.

Способ питания нагрузки постоянным током в автономной системе электропитания искусственного спутника земли // 2548664

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при создании автономных систем электропитания (СЭП) искусственных спутников Земли (ИСЗ).

Способ питания нагрузки постоянным током в автономной системе электропитания искусственного спутника земли // 2548661

Способ управления автономной системой электропитания космического аппарата // 2593599

Изобретение относится к электротехнике, а именно к автономным системам электропитания (СЭП) космических аппаратов (КА), использующим в качестве первичных источников энергии батареи фотоэлектрические (БФ), а в качестве накопителей энергии - аккумуляторные батареи (АБ). Техническим результатом изобретения является создание способа управления автономной системой электропитания КА, позволяющего существенно уменьшить вероятность возникновения аварийной ситуации из-за нарушения энергобаланса СЭП. Указанный результат достигается тем, что в способе управления автономной системой электропитания космического аппарата, содержащей фотоэлектрическую батарею и n аккумуляторных батарей, стабилизатор напряжения, включенный между БФ и нагрузкой, и по n зарядных и разрядных устройств, заключающемся в управлении стабилизатором напряжения, зарядными и разрядными устройствами, в зависимости от освещенности БФ, степени заряженности всех АБ, входного и выходного напряжения системы электропитания (СЭП); введении запрета на работу соответствующего разрядного устройства при достижении установленного минимального уровня заряженности данной АБ и снятии этого запрета при повышении уровня заряженности данной АБ; формировании управляющего сигнала в бортовой комплекс управления КА для отключения части бортовой аппаратуры (БА) при аварийном разряде нескольких m (m≤n) АБ до минимального уровня заряженности, запрете работы всех разрядных устройств, если выходное напряжение СЭП снижается до заданного порогового значения; произведении сброса запоминания управляющего сигнала по запрету всех разрядных устройств после заряда всех АБ до заданного уровня заряженности; выборе величины номинального входного напряжения, соответствующего напряжению в рабочей точке вольт-амперной характеристики (ВАХ) БФ, исходя из величины ее номинальной мощности, необходимой для обеспечения в штатном режиме функционирования СЭП электроэнергией для питания БА и заряда всех АБ; установлении и поддержании при необходимости входного напряжения в иной рабочей точке ВАХ БФ с помощью экстремального регулятора мощности БФ при превышении мощности потребления БА номинальной величины; осуществлении изменения напряжения в рабочей точке ВАХ БФ автоматически или дискретно по заранее заданным пороговым значениям входного напряжения, о влиянии температуры и деградации параметров фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) на электрические характеристики БФ судят по величине уменьшения ее максимальной мощности, для чего составляют фактическую ВАХ БФ при заданной температуре ФЭП, аппроксимируя координаты ее характерных точек, получаемые путем измерения фактических значений напряжения и соответствующего ему тока БФ; при этом в качестве координат первой характерной точки принимают координаты ВАХ БФ, соответствующие режиму короткого замыкания БФ, при котором входное напряжение равно нулю, причем измерение параметров БФ осуществляют в лабораторных условиях, в качестве координат второй характерной точки выбирают координаты, соответствующие номинальному режиму функционирования БФ на световом участке орбиты КА; координаты характерной точки, соответствующие режиму максимального отбора мощности БФ, устанавливают, включая в штатную работу экстремальный регулятор мощности БФ, входящий в состав стабилизатора напряжения; координаты других характерных точек ВАХ БФ определяют путем изменения тока нагрузки СЭП; при этом в качестве переменной нагрузки используют АБ, находящиеся в режиме заряда; сравнивают между собой ВАХ БФ, полученную в лабораторных условиях при нормальной температуре окружающей среды, и фактическую ВАХ БФ, соответствующую режиму штатного функционирования КА при максимальной освещенности панелей БФ; при этом фактическую ВАХ БФ составляют расчетно-экспериментальным путем; результаты сравнения данных ВАХ БФ используют для прогнозирования энергобаланса СЭП и планирования программы работы целевой аппаратуры; аналогичную последовательность операций повторяют периодически, например в каждые 90 суток штатной эксплуатации КА. 3 ил.

Устройство электропитания нагрузки с переменным потреблением электроэнергии // 2598901

Устройство электропитания нагрузки с переменным потреблением электроэнергии, в частности печатной платы, способной переходить в состояние ожидания, содержит только два электронных прерывателя (Q1, Q3), управляемых нагрузкой (С) с учетом необходимого потребления электроэнергии. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Система электропитания космического аппарата // 2613660

Изобретение относится к области преобразовательной техники, в частности к бортовым системам электропитания космических аппаратов, и может быть использовано при проектировании и создании систем электропитания автоматических космических аппаратов на основе солнечных и аккумуляторных батарей. Согласно изобретению система электропитания космического аппарата содержит солнечную батарею, аккумуляторную батарею, стабилизатор напряжения и зарядное устройство, которые выполнены в виде мостовых управляемых инверторов, разрядное устройство, два отдельных согласующих трансформатора, два выпрямителя, систему управления с экстремальным регулированием мощности, устройство контроля степени заряженности аккумуляторной батареи, датчик тока, нагрузку. Техническим результатом изобретения является повышение энергетической эффективности системы электропитания космического аппарата за счет реализации экстремального регулирования мощности солнечных батарей как в режиме заряда АБ, так и в режиме совместного питания бортовой нагрузки от СБ и АБ, возможность применения солнечной батареи с напряжением рабочей точки как выше, так и ниже стабилизируемого выходного напряжения шины питания нагрузки, возможность применения аккумуляторной батареи с любым номиналом напряжения ниже выходного стабилизируемого напряжения питания нагрузки, а также простое согласование напряжений СБ, АБ и нагрузки, обеспечивающее невозможность превышения напряжения холостого хода солнечной батареи более 170 В, что исключает возможность электростатических разрядов между цепочками фотодиодов СБ или элементами токосъема. 2 ил.

Способ управления автономной системой электропитания космического аппарата // 2624447

Использование: в области электротехники. Технический результат – повышение надежности системы электропитания (СЭП), обеспечение живучести и длительной эксплуатации космического аппарата (КА). В автономной СЭП с АБ, выполненными на основе никельметаллгидридных (НМГ) аккумуляторов, управляют введенным единым устройством управления постоянно всеми НМГ АБ без их отключения; определяют оптимальный коэффициент перезаряда АБ в зависимости от сигналов срабатывания датчиков давления (ДД) в АБ в течение заданного количества циклов по командам бортовой вычислительной системы (БВС) КА. Запрещают и разрешают работу регуляторов заряда в зависимости от разности температур между температурой одного из аккумуляторов и температурой основания АБ. Для устранения накапливающейся ошибки в показаниях фактической емкости АБ запрещают работу регуляторов заряда по сигналам счетчика ампер-часов при отсутствии сигналов срабатывания ДД в АБ в течение заданного количества циклов по командам БВС КА. Запрещают работу регуляторов заряда при получении сигналов о превышении заданного давления от ДД. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Устройство автоматического включения резерва // 2624921

Использование – в области электротехники. Технический результат - обеспечение бесперебойным электропитанием потребителей группы А первой категории, с учетом фиксации момента аварийного включения резерва. Согласно изобретению устройство автоматического включения резерва состоит из источника негарантированного электроснабжения, резервного источника питания, щита автоматического ввода сети, шины надежного питания, силового блока, блока сравнения и памяти, электронного ключа. Новыми в устройстве автоматического включения резерва является силовой блок, блок сравнения и памяти, электронный ключ и совокупность новых связей. Предлагаемое устройство, по сравнению с известным, позволит повысить быстродействие включения резерва, а следовательно, обеспечить электроэнергией потребителей группы А первой категории, путем постоянного анализа состояния параметров сети и включением резерва с теми же номиналами напряжения, частоты и фазы, что и в момент пропадания сети. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Система эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи в режиме поддерживающего заряда // 2625456

Изобретение относится к схемам зарядки батарей, а именно к системам или способам эксплуатации литий-ионных аккумуляторных батарей, и представляет собой систему эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи в режиме поддерживающего заряда. Система эксплуатации литий-ионной аккумуляторной батареи в режиме поддерживающего заряда, включающая зарядное устройство, подключенное к нагрузке, литий-ионную аккумуляторную батарею, подключенную к нагрузке через силовой коммутатор и силовой полупроводниковый элемент, причем силовой полупроводниковый элемент и силовой коммутатор включены параллельно, систему управления силовым коммутатором. 1 ил., 2 табл.

Зарядное устройство и способ зарядки // 2631265

Использование – в области электротехники. Технический результат – повышение эффективности зарядки. Согласно изобретению зарядное устройство содержит: цепь заряда, цепь накопления энергии и управляемый ключ, причем цепь заряда сконфигурирована для зарядки заряжаемого объекта, цепь накопления энергии сконфигурирована для накопления энергии, когда цепь заряда заряжает заряжаемый объект, и зарядки заряжаемого объекта, когда цепь заряда выключена, и управляемый ключ сконфигурирован так, чтобы поочередно включать и выключать цепь заряда согласно управляющим командам, принимаемым периодически, выключать цепь накопления энергии, когда цепь заряда включена, и включать цепь накопления энергии, когда цепь заряда выключена. Кроме того, описывается способ зарядки упомянутым выше зарядным устройством. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 9 ил.

Способ электропитания космического аппарата // 2633616

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение удельных энергетических характеристик и надежности эксплуатации системы электропитания (СЭП) космических аппаратов (КА). Согласно способу электропитания космического аппарата от солнечной батареи, солнечная батарея подключена через устройство поворотное с токосъемниками к входным плюсовой и минусовой шинам стабилизированного преобразователя напряжения, аккумуляторная батарея подключена своими плюсовой и минусовой шинами к входу разрядного и выходу зарядного устройств, причем стабилизатор напряжения солнечной батареи выполнен в виде мостового инвертора с трансформатором с n выходными обмотками, где n≥2, а вход зарядного устройства соединен с одной из выходных обмоток трансформатора, к другим же (n-1) выходным обмоткам трансформатора подключены переходные устройства связи с нагрузками со своими номиналами выходного напряжения. При этом солнечную батарею выбирают с максимальным начальным выходным током, исходя из конструктивных возможностей используемых токосъемников поворотного устройства космического аппарата, а выходное напряжение в рабочей точке в конце ресурса выбирают исходя из соотношения: UСБ≥Рн/(IСБ, kпр), где Рн - максимальная мощность нагрузки с учетом мощности для заряда аккумуляторной батареи, Вт; UСБ - выходное напряжение солнечной батареи в рабочей точке в конце ресурса, B; IСБ - выходной ток солнечной батареи в рабочей точке в конце ресурса, A; kпр – коэффициент, учитывающий потери на преобразование напряжения, а число фотопреобразователей в одной последовательной цепи солнечной батареи выбирают исходя из соотношения: , где Uэл - напряжение одного фотопреобразователя в рабочей точке в конце ресурса солнечной батареи, B. 1 ил.

Высоковольтная система электропитания космического аппарата // 2634513

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при разработке и создании систем электропитания космических аппаратов с использованием солнечных (СБ) и аккумуляторных (АБ) батарей. Согласно изобретению система электропитания космического аппарата с регулированием мощности солнечной батареи инверторно-трансформаторным преобразователем содержит солнечную батарею, датчик тока, систему управления с экстремальным шаговым регулятором мощности СБ, регулятор напряжения, выполненный в виде мостового инвертора с входным L-фильтром, трансформатор с первичной и вторичной обмотками, выпрямитель, зарядное устройство, устройство контроля степени заряженности АБ, аккумуляторную батарею, разрядное устройство и нагрузку. Техническим результатом изобретения является исключение возможности возникновения электростатических разрядов между цепочками фотодиодов солнечной батареи и элементами токосъема при условии обеспечения простоты согласования уровней напряжения источников энергии (солнечной и аккумуляторной батарей) и нагрузки с учетом реализации режима экстремального регулирования мощности СБ, а также обеспечение уменьшения габаритной мощности силовых элементов. 4 ил.

Высоковольтная система электропитания космического аппарата с индуктивно-емкостным преобразователем // 2634612

Изобретение относится к области преобразовательной техники, в частности к бортовым системам электропитания космических аппаратов, и может быть использовано при проектировании и создании систем электропитания автоматических космических аппаратов на основе солнечных и аккумуляторных батарей (СБ и АБ). Согласно изобретению система электропитания космического аппарата содержит солнечную батарею, аккумуляторную батарею, регулятор напряжения и разрядное устройство, выполненные в виде мостовых инверторов напряжения с входными емкостными С1- и С2-фильтрами, активный выпрямитель с выходным емкостным С3-фильтром, два трансформатора, резонансный параллельно-последовательный контур, систему управления, датчик тока и нагрузку. Отличительной особенностью системы является способ подключения вторичных обмоток трансформаторов с параллельно-последовательным парциальным резонансным контуром, образованным двумя парциальными контурами, последовательным и параллельным, каждый из которых состоит из дросселя и конденсатора. При этом параллельно-последовательный парциальный резонансный контур обеспечивает согласование солнечной батареи, являющейся источником тока, и аккумуляторной батареи, являющейся источником напряжения. В системе реализовано частотное и широтно-импульсное регулирование напряжения инверторов. Техническим результатом изобретения является повышение энергетической эффективности высоковольтной системы электропитания космического аппарата за счет реализации «мягкой» коммутации транзисторов в резонансном режиме работы преобразователей и исключение возможности возникновения электростатических разрядов между цепочками фотодиодов СБ за счет работы преобразователя на токовой ветви ВАХ СБ. 7 ил.