RU2254659C1

RU2254659C1 - No-break power supply

Info

Publication number: RU2254659C1
Application number: RU2004103985/09A
Authority: RU
Inventors: А.В. Хныков (RU); А.В. Хныков; В.П. Коробцев (RU); В.П. Коробцев
Original assignee: Открытое акционерное общество РАТЕП
Priority date: 2004-02-12
Filing date: 2004-02-12
Publication date: 2005-06-20

Abstract

FIELD: backup power supplies (storage batteries operating in charge-discharge mode) for main power converters.

SUBSTANCE: newly introduced in device are supply voltage sensor, two timers, as well as 2AND and 3OR gates enabling turn-on of thyristor before load is deenergized, simultaneously turning on contactor whose contacts are connected in parallel with thyristor, and to delay turn-off of contactor upon recovery of supply voltage until transients in main power converter cease.

EFFECT: enhanced quality of backup supply voltage at reduced heat liberation and mass of cooler.

3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам электропитания с резервированием основного силового преобразователя посредством аккумуляторной батареи, которая работает в режиме заряд-разряд, и может использоваться для питания аппаратуры вычислительной техники подвижных объектов.The invention relates to power supply devices with redundancy of the main power converter by means of a rechargeable battery, which operates in a charge-discharge mode, and can be used to power computer equipment of moving objects.

Заявителю известен ближайший аналог (прототип) заявленного изобретения как наиболее близкий ему по совокупности существенных признаков. Данный аналог представляет собой систему гарантированного питания, содержащую основной выпрямительный блок, состоящий из ″Н" кассет статических преобразователей, зарядный выпрямитель, состоящий из одной кассеты статического преобразователя, аккумуляторную батарею, соединенную с нагрузкой и основным выпрямительным блоком посредством тиристорного ключа с блоком управления, и измерительный компаратор, по входу соединенный с выходом основного выпрямительного блока, а по выходу - с блоком управления контактора, нормально разомкнутые контакты которого включены между выходом основного выпрямительного блока и входом зарядного устройства, причем зарядное устройство подключено через датчик тока и вторые нормально замкнутые контакты к аккумуляторной батарее. (патент РФ № 2079203, М. кл. Н 02 J 9/06, 1997).The applicant knows the closest analogue (prototype) of the claimed invention as the closest to him in the aggregate of essential features. This analogue is a guaranteed power supply system comprising a main rectifier unit consisting of ″ H ”cassettes of static converters, a charging rectifier consisting of one cassette of a static converter, a battery connected to the load and the main rectifier block by means of a thyristor switch with a control unit, and measuring comparator, connected at the input to the output of the main rectifier unit, and at the output, to the control unit of the contactor, normally open to whose contacts are connected between the output of the main rectifier unit and the input of the charger, the charger being connected via a current sensor and second normally closed contacts to the battery. (RF patent No. 2079203, M. class. N 02 J 9/06, 1997).

Недостатком данной системы гарантированного питания является большое падение напряжения на тиристорном ключе и, соответственно, значительные тепловыделение и масса радиатора для его охлаждения, что недопустимо для сильноточных источников питания аппаратуры вычислительной техники подвижных объектов.The disadvantage of this guaranteed power supply system is a large voltage drop across the thyristor key and, consequently, significant heat and mass of the radiator for its cooling, which is unacceptable for high-current power sources of computer equipment of mobile objects.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является улучшение качества питающего напряжения.The problem to which the invention is directed, is to improve the quality of the supply voltage.

Техническим результатом изобретения является исключение провалов питающего напряжения, уменьшение тепловыделения и массы охлаждающего радиатора.The technical result of the invention is the elimination of voltage dips, reducing heat and mass of the cooling radiator.

Упомянутая задача достигается тем, что источник бесперебойного питания сильноточных потребителей, содержащий основной силовой преобразователь, непосредственно подключенный к нагрузке, аккумуляторную батарею с зарядным устройством, подключенную к нагрузке через тиристор с блоком управления, а также измерительный компаратор, подключенный по выходу к блоку управления, снабжен датчиком наличия питающей сети, выход которого подключен к блоку управления тиристора и контактора, нормально разомкнутые контакты которого включены параллельно тиристору, а вход измерительного компаратора подключен к аккумуляторной батарее.This task is achieved by the fact that the uninterruptible power supply for high-current consumers, containing the main power converter directly connected to the load, a rechargeable battery with a charger connected to the load through a thyristor with a control unit, as well as a measuring comparator connected to the control unit by the output, is equipped with a power supply sensor, the output of which is connected to the control unit of the thyristor and contactor, the normally open contacts of which are connected in parallel about the thyristor, and the input of the measuring comparator is connected to the battery.

Кроме того, блок управления по первому варианту снабжен элементом «2И», соединенным по первому входу с датчиком наличия напряжения питающей сети, по второму входу - с измерительным компаратором, а по выходу - с узлом запуска тиристора и контактором.In addition, the control unit according to the first embodiment is equipped with a “2I” element, connected at the first input to a sensor for the presence of a supply voltage, at the second input to a measuring comparator, and at the output to a thyristor start-up unit and a contactor.

По второму варианту блок управления снабжен элементом «2И», соединенным по первому входу с датчиком наличия напряжения питающей сети, по второму входу - с выходом измерительного компаратора, а по выходу - с входами двух таймеров и первым входом элемента «3ИЛИ», который соединен по второму и третьему входам с выходами двух таймеров, причем выход таймера с короткой длительностью соединен дополнительно с узлом запуска тиристора, а выход элемента ″3ИЛИ" соединен с контактором.According to the second variant, the control unit is equipped with a “2I” element connected at the first input to a voltage supply sensor, at the second input - with the output of the measuring comparator, and at the output - with the inputs of two timers and the first input of the “3OR” element, which is connected via the second and third inputs with the outputs of two timers, and the output of the timer with a short duration is additionally connected to the start node of the thyristor, and the output of the element "3OR" is connected to the contactor.

Получение технического результата изобретения возможно за счет использования датчика наличия напряжения питающей сети в составе источника бесперебойного питания, что позволяет по его сигналу заранее включить тиристор. При этом ток начинает поступать из аккумуляторной батареи в нагрузку. Тиристор находится во включенном состоянии ограниченное время, равное времени срабатывания контактора (100...200 мс). При срабатывании контактора тиристор закорачивается его контактами и выключается, а ток продолжает поступать в нагрузку через замкнувшиеся контакты сработавшего контактора, поэтому значительных провалов выходного напряжения на нагрузке не наблюдается. В большинстве случаев тиристор может использоваться без радиатора и по сравнению с прототипом выделяет меньше тепла.Obtaining the technical result of the invention is possible due to the use of a sensor for the presence of voltage of the supply network as part of an uninterruptible power supply, which allows the thyristor to be turned on in advance by its signal. In this case, the current begins to flow from the battery into the load. The thyristor is in the on state for a limited time equal to the response time of the contactor (100 ... 200 ms). When the contactor is triggered, the thyristor is shorted by its contacts and turned off, and the current continues to flow into the load through the closed contacts of the tripped contactor, so there are no significant drops in the output voltage at the load. In most cases, the thyristor can be used without a radiator and, in comparison with the prototype, emits less heat.

На фиг.1 представлен вариант функциональной схемы источника бесперебойного питания.Figure 1 presents a variant of the functional diagram of an uninterruptible power supply.

Источник бесперебойного питания сильноточных потребителей содержит основной силовой преобразователь 1, подключенный по входу к питающей сети переменного или постоянного тока, а по выходу - к нагрузке 2, зарядный модуль 3 с аккумуляторной батареей 4, подключенной к нагрузке 2 посредством тиристора 5 с узлом запуска 6, блок управления 7, выполненный, например, в виде логического элемента «2И» 8, соединенный по первому входу с датчиком наличия напряжения питающей сети 9, по второму входу - с измерительным компаратором 10, а по выходу - с узлом запуска 6 тиристора 5 и контактором 11, нормально разомкнутые контакты 12 которого соединены параллельно тиристору 5.An uninterruptible power supply for high-current consumers contains a main power converter 1 connected at the input to the AC or DC power supply, and at the output to load 2, a charging module 3 with a rechargeable battery 4 connected to load 2 by means of a thyristor 5 with a start-up unit 6, the control unit 7, made, for example, in the form of a logic element "2I" 8, connected at the first input to the voltage supply sensor 9, at the second input with a measuring comparator 10, and at the output with the start node 6 of thyristor 5 and contactor 11, normally open contacts 12 of which are connected in parallel to thyristor 5.

На фиг.2 представлена функциональная схема источника бесперебойного питания для питающей сети, имеющей короткие и длительные отключения напряжения.Figure 2 presents the functional diagram of the uninterruptible power supply for the mains having short and long voltage outages.

Источник бесперебойного питания сильноточных потребителей содержит основной силовой преобразователь 1, подключенный по входу к питающей сети переменного или постоянного тока, а по выходу - к нагрузке 2, зарядный модуль 3 с аккумуляторной батареей 4, подключенной к нагрузке 2 посредством тиристора 5 с узлом запуска 6, блок управления 7, включающий логический элемент «2И» 8, соединенный по первому входу с датчиком наличия напряжения питающей сети 9, по второму входу - с измерительным компаратором 10, а по выходу - с входами двух таймеров 13, 14 и первым входом элемента «3ИЛИ» 15, который соединен по второму и третьему входам с выходами двух таймеров 13, 14, причем выход таймера с короткой длительностью 13 соединен дополнительно с узлом запуска 6 тиристора 5, а выход элемента «3ИЛИ» 15 соединен с контактором 11, нормально разомкнутые контакты 12 которого соединены параллельно тиристору 5.An uninterruptible power supply for high-current consumers contains a main power converter 1 connected at the input to the AC or DC power supply, and at the output to load 2, a charging module 3 with a rechargeable battery 4 connected to load 2 by means of a thyristor 5 with a start-up unit 6, a control unit 7, including a logic element "2I" 8, connected at the first input to the voltage supply sensor 9, at the second input - with a measuring comparator 10, and at the output - with the inputs of two timers 13, 14 and the first the input of the “3OR” element 15, which is connected at the second and third inputs with the outputs of the two timers 13, 14, and the output of the timer with a short duration 13 is additionally connected to the start node 6 of the thyristor 5, and the output of the element “3OR” 15 is connected to the contactor 11, normally open contacts 12 of which are connected in parallel to the thyristor 5.

Источник бесперебойного питания работает следующим образом.Uninterruptible power supply operates as follows.

В основном режиме работы схемы на фиг.1 при наличии напряжения питающей сети нагрузка 2, например вычислительный модуль, получает питание от силового импульсного преобразователя 1. Аккумуляторная батарея 4 отключена от нагрузки 2 запертым тиристором 5 и разомкнутыми контактами 12 контактора 11. При заряженной аккумуляторной батарее 4 измерительный компаратор 10 выдает логический сигнал «1» на элемент «2И» 8 блока управления 7.In the main mode of operation of the circuit of FIG. 1, when the mains voltage is present, load 2, for example, a computational module, receives power from a power pulse converter 1. Battery 4 is disconnected from load 2 with locked thyristor 5 and open contacts 12 of contactor 11. When the battery is charged 4 measuring comparator 10 gives a logical signal "1" to the element "2I" 8 of the control unit 7.

При пропадании напряжения питающей сети датчик наличия напряжения питающей сети 9 подает сигнал «1» на вход логического элемента «2И» 8 блока управления 7. При наличии на двух входах сигнала «1» логический элемент «2И» 8 выдает сигнал «1», который включает узел запуска 6 тиристора 5. При этом питание с аккумуляторной батареи 4 через включенный тиристор 5 подается на нагрузку 2. Одновременно сигнал «1» с выхода логического элемента «2И» 8 блока управления 7 подается на включение контактора 11, при срабатывании которого контакты 12 замыкаются и включаются параллельно тиристору 5. Тиристор 5 выключается, и силовое питание продолжает поступать на нагрузку 2 от аккумуляторной батареи 4 через замкнутые контакты 12 включенного контактора 11.If the mains voltage fails, the voltage presence sensor of the mains supply 9 sends a signal “1” to the input of the logic element “2I” 8 of the control unit 7. If there is a signal “1” at two inputs, the logic element “2I” 8 gives a signal “1”, which includes a start-up unit 6 of the thyristor 5. At the same time, power from the battery 4 through the turned on thyristor 5 is supplied to the load 2. At the same time, the signal "1" from the output of the logic element "2I" 8 of the control unit 7 is supplied to turn on the contactor 11, upon operation of which contacts 12 close and including are parallel to the thyristor 5. The thyristor 5 is turned off, and the power supply continues to be supplied to the load 2 from the battery 4 through the closed contacts 12 of the included contactor 11.

При восстановлении напряжения питающей сети датчик наличия напряжения питающей сети 9 выдает логический сигнал «0». При этом логический элемент «2И» 8 блока управления 7 выдает сигнал «0», контактор 11 отключается, контакты 12 размыкаются и отключают аккумуляторную батарею 4 от нагрузки 2. Электропитание на нагрузку 2 подается с силового импульсного преобразователя 1. При этом, если напряжение на аккумуляторной батарее 4 ниже, чем у зарядного модуля 3, производится подзарядка аккумуляторной батареи 4 от зарядного модуля 3.When restoring the voltage of the supply network, the sensor for the presence of voltage of the supply network 9 gives a logical signal "0". In this case, the logic element “2I” 8 of the control unit 7 generates a signal “0”, the contactor 11 is disconnected, the contacts 12 open and disconnect the battery 4 from the load 2. The power supply to the load 2 is supplied from the power pulse converter 1. Moreover, if the voltage is battery 4 is lower than that of charging module 3, the battery 4 is recharged from charging module 3.

При длительном отсутствии напряжения питающей сети сверх установленного норматива разряда питание нагрузки 2 от аккумуляторной батареи 4 производится до заранее установленной величины ее разряда. При достижении указанной величины разряда срабатывает измерительный компаратор 10, подает логический сигнал «0» на вход элемента «2И» 8 блока управления 7. На второй вход элемента «2И» 8 ранее подан сигнал «1» с выхода датчика наличия напряжения питающей сети 9. На выходе элемента «2И» 8 соответственно появляется сигнал «0», контактор 11 отключается, контакты 12 размыкаются и отключают нагрузку 2 от аккумуляторной батареи 4, что предохраняет последнюю от полного разряда и разрушения.With a prolonged absence of voltage of the supply network in excess of the established discharge standard, the load 2 is supplied with power from the battery 4 to a predetermined value of its discharge. When the specified discharge value is reached, the measuring comparator 10 is triggered, feeds a logic signal “0” to the input of the “2I” element 8 of the control unit 7. The signal “1” from the output of the voltage supply sensor 9 is supplied to the second input of the “2I” 8 element. The signal “0” appears at the output of the “2I” element 8, the contactor 11 is disconnected, the contacts 12 are opened and the load 2 is disconnected from the battery 4, which protects the latter from complete discharge and destruction.

При наличии в сети питания коротких провалов напряжения, меньших времени срабатывания контактора, может использоваться источник бесперебойного питания, схема которого приведена на фиг.2.If there are short voltage dips in the power supply network that are shorter than the contactor response time, an uninterruptible power supply can be used, the circuit of which is shown in FIG. 2.

В основном режиме работы датчик наличия напряжения питающей сети 9 выдает логический сигнал «0», измерительный компаратор 10 выдает логический сигнал «1», на выходе логического элемента «2И» 8 присутствует сигнал «0», тиристор 5 отключен, контакты 12 контактора 11 разомкнуты.In the main operating mode, the voltage presence sensor of the supply network 9 gives a logic signal “0”, the measuring comparator 10 gives a logic signal “1”, a signal “0” is present at the output of the logic element “2I” 8, the thyristor 5 is disconnected, the contacts 12 of the contactor 11 are open .

При пропадании напряжения питания на короткое время на выходе датчика наличия напряжения питающей сети 9 появляется сигнал «1», на выходе логического элемента «2И» 8 также появляется сигнал «1», который передним фронтом запускает таймер 13 и вслед за ним включает узел запуска 6 тиристора 5. При этом электропитание нагрузки 2 производится от аккумуляторной батареи 4 через включенный тиристор 5. Сигнал с выхода таймера 13 подается на вход элемента «3ИЛИ» 15, на выходе которого появляется сигнал «1», который далее подается на включение контактора 11.If the supply voltage fails for a short time, the signal “1” appears at the output of the voltage supply sensor 9, the signal “1” also appears at the output of the logic element “2I” 8, which starts the timer 13 with a leading edge and then turns on the start unit 6 thyristor 5. In this case, the load 2 is supplied with power from the battery 4 through the included thyristor 5. The signal from the output of the timer 13 is fed to the input of the “3OR” 15 element, the output of which appears the signal “1”, which is then applied to the inclusion of the contactor 11.

Если напряжение питания восстановилось раньше, чем сработал контактор 11, на выходе датчика наличия напряжения питающей сети 9 появляется сигнал «0», на выходе логического элемента «2И» 8 также появляется сигнал «0». Однако продолжает работу таймер 13, включенный ранее, что обеспечивает гарантированное включение контактора 11 и отключение тиристора 5. Задним фронтом сигнала с выхода элемента «2И» 8 запускается таймер 14, с выхода которого сигнал «1» поступает на элемент «3ИЛИ» 15. Электропитание нагрузки 2 производится от аккумуляторной батареи 4 до прекращения времени работы таймера 14. После окончания работы таймера 14 на всех входах элемента «3ИЛИ» 15 появляется сигнал «0», на его выходе тоже появляется сигнал «0», и контактор 11 выключается, контакты 12 размыкаются. Электропитание нагрузки 2 производится от восстановившегося после переходных процессов силового импульсного преобразователя 1.If the supply voltage was restored before the contactor 11 worked, the signal “0” appears at the output of the voltage supply sensor 9, and the signal “0” also appears at the output of the logic element “2I” 8. However, the timer 13, which was turned on earlier, continues to work, which ensures guaranteed switching on of the contactor 11 and the thyristor 5. Turning off the signal 14 from the output of the “2I” element 8, the timer 14 starts, from the output of which the signal “1” goes to the “3OR” element 15. Power supply load 2 is made from the battery 4 until the timer 14 expires. After the timer 14 has ended, the signal “0” appears at all inputs of the “3OR” 15 element, the signal “0” also appears at its output, and the contactor 11 turns off, contacts 12 blur are. Power supply of the load 2 is produced from the power pulse converter 1 recovered after the transient processes.

Если напряжение питания восстановилось после длительного отсутствия, на выходе датчика наличия напряжения питающей сети 9 появится сигнал «0», на выходе логического элемента «2И» также появится сигнал «0», который задним фронтом запускает таймер 14 на время, достаточное для восстановления питания на выходе силового импульсного преобразователя 1. При этом до окончания работы таймера 14 продолжает оставаться включенным контактор 11, а через его контакты 12 продолжается электропитание нагрузки 2 от аккумуляторной батареи 4. После окончания работы таймера 14 на всех входах элемента ″3ИЛИ" 15 появляются сигналы «0», на его выходе тоже появляется сигнал «0», и контактор 11 выключается, контакты 12 размыкаются. Электропитание нагрузки 2 производится от восстановившегося после переходных процессов силового импульсного преобразователя 1.If the supply voltage has recovered after a long absence, the signal “0” will appear at the output of the voltage supply sensor 9, and the signal “0” will also appear at the output of the logic element “2I”, which starts the timer 14 for a period sufficient to restore power to the output of the power pulse converter 1. In this case, until the end of the timer 14, the contactor 11 remains on, and through its contacts 12 the power supply of the load 2 from the battery 4. continues. You are a timer 14 at all inputs of the element “3 OR” 15 the signals “0” appear, the signal “0” also appears at its output, and the contactor 11 turns off, the contacts 12 open. The power supply of the load 2 is produced from the power pulse converter 1 recovered after the transient processes.

Изготовлен опытный образец блока бесперебойного питания, который успешно выдержал испытания и рекомендован к производству.A prototype uninterruptible power supply unit was manufactured, which successfully passed the tests and is recommended for production.

Источник информацииSourse of information

1. Патент РФ № 2079203, М.кл. Н 02 J 9/06, 1997.1. RF patent No. 2079203, M.cl. H 02 J 9/06, 1997.

Claims

1. An uninterruptible power supply for high-current consumers, including a main power converter connected at the input to the AC or DC power supply, and at the output to the load, a charging module with a battery connected to the load via a thyristor with a start unit, and a measuring comparator connected the output to the control unit of the contactor, characterized in that, in order to exclude power supply dips, reduce heat dissipation on the radiator and, as a result, reduce the mass, o n is equipped with a sensor for the presence of voltage of the supply network, the output of which is connected to the control unit, one output of which is connected to the thyristor start-up unit, the second to the contactor, the normally open contacts of which are connected parallel to the thyristor, while the input of the measuring comparator is connected to the battery.

2. The uninterruptible power supply according to claim 1, characterized in that the control unit is equipped with a “2I” element connected at the first input to a voltage supply voltage sensor, at the second input with a measuring comparator, and at the output with a thyristor start-up unit and a contactor.

3. The uninterruptible power supply according to claim 1, characterized in that the control unit is equipped with a "2I" element connected at the first input to the voltage supply voltage sensor, at the second input with the output of the measuring comparator, and at the output with the inputs of two timers and the first the input of the “3OR” element, which is connected at the second and third inputs to the outputs of two timers, the output of the timer with a short duration is additionally connected to the start node of the thyristor, and the output of the “3OR” element is connected to the contactor.