УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ КОРАБЕЛЬНОЙ АППАРАТУРЫ

УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ КОРАБЕЛЬНОЙ АППАРАТУРЫ


RU (11) 2123225 (13) C1

(51) 6 H02H7/12 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 20.11.2007 - прекратил действие, но может быть восстановлен 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 98101926/09 
(22) Дата подачи заявки: 1998.02.04 
(45) Опубликовано: 1998.12.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Бас А.А. и др. Источники вторичного электропитания с бестрансформаторным входом. - М.: Радио и связь, 1987, с.30. SU 1707688 A1, 23.01.92. RU 2011261 C1, 15.04.94. DE 3637092 A1, 07.05.87. DE 3732334 A1, 24.04.89. 
(71) Заявитель(и): Государственное унитарное предприятие Центральный научно- исследовательский институт "Гранит" 
(72) Автор(ы): Кудрявцев В.И.; Пикулин Г.Е.; Давидчук Н.И. 
(73) Патентообладатель(и): Государственное унитарное предприятие Центральный научно- исследовательский институт "Гранит" 

(54) УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ КОРАБЕЛЬНОЙ АППАРАТУРЫ 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для электропитания корабельной аппаратуры автоматики и связи. Для повышения надежности устройства электропитания при работе на нагрузку, содержащую входной выпрямитель с емкостным сглаживающим фильтром, в устройство электропитания корабельной аппаратуры, содержащее последовательно соединенные выпрямитель (В) (I) и инвертор (ИНВ) (2), а также узел защиты и коммутации, включающий токоограничивающий резистор (Р) (3) с параллельно подключенными контактами первого управляемого ключа (УК) (4), и датчик напряжения, подключенный к выходу ИНВ(2), введен второй УК(5), замыкающие контакты которого соединены с нагрузкой (6) и токоограничивающим Р(3), который последовательно подключен к выходу ИНВ(2). Датчик напряжения выполнен в виде последовательно соединенных диода (7)Р(8) и светодиода (СД) первой оптопары (ОП) (9) узла защиты и коммутации, эмиттер фотоприемника (ФП) которой через сглаживающий фильтр (11) соединен с Р(12) первой времязадающей RC-цепи, общая точка которой подключена к первому пороговому блоку (ПБ)(15), выход которого через элемент НЕ(19) подключен к катоду СД второй ОП(20), а также к конденсатору (К) (25) второй времязадающий RC-цепи, общая точка которой через второй ПБ(27) соединена с катодом СД третьей ОП(30). В коллекторные цепи ФП второй и третьей ОП(20 и 30) последовательно включены обмотки первого и второго УК(4,5) соответственно, при этом вторые концы обмоток УК (4, и 5), аноды СД второй и третьей ОП(20 и 30) и коллектор первой ОП(9) подключены к положительному выводу В(1), а эмиттеры второй и третьей ОП(20 и 30), вывод Р(26) второй времязадающей RС-цепи и вторая обкладка K(13) первой времязадающей RС-цепи - к его отрицательному выводу. Технический результат - двухступенчатая схема подключения нагрузки обеспечивает на первом этапе защиту инвертора от зарядных экстратоков емкостью фильтра нагрузки и плавный его вывод на рабочий режим, а на втором этапе - подключение узлов нагрузки при номинальном входном напряжении и токе нагрузки. 1 з.п.ф-лы, 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для электропитания корабельной аппаратуры автоматики и связи, преимущественно, аппаратуры, снабженной входным выпрямителем со сглаживающим емкостным фильтром.

Известно устройство электропитания [1] с комбинированной защитой преобразователя напряжения, содержащее узел управления преобразователем, нагрузку, датчик тока, включенный последовательно с ним резистор ограничения переходного процесса, параллельно включенную цепь из резистора и светодиода оптопары, фотоприемник которой включен в цепь дополнительного источника питания, конденсатор задержки, включенный параллельно светодиоду оптопары. а также схему формирования длительности амплитуды импульсов управления и узел контроля частоты преобразователя, построенный на сдвиговых регистрах и триггерах.

Недостатком устройства является его сложность и использование дополнительного источника питания в узле управления преобразователем.

Известно также устройство [2] для защиты источника питания нагрузки, имеющей в своем составе входной емкостной фильтр. В устройстве применено однообмоточное реле, обмотка которого подключена между базой транзистора и выходом порогового элемента, и RC-цепь, шунтирующую обмотку реле и обеспечивающую, с одной стороны, постоянство тока транзистора, а с другой - защиту выходных цепей порогового элемента от перенапряжений. Заряд емкости нагрузки обеспечивается по цепи: положительный вывод источника питания - насыщенный транзистор - токоограничивающий резистор - нагрузка - отрицательный вывод источника питания. При снятии порогового напряжения ток через обмотку реле прекращается, и его контакты размыкаются, отключая нагрузку от источника питания.

Недостатком устройства является использование в шунтирующей ограничивающий резистор цепи транзистора, выдерживающего сравнительно невысокие перегрузки.

В качестве прототипа предлагаемого изобретения принят источник электропитания [3] , содержащий последовательно соединенные выпрямитель с емкостным сглаживающим фильтром на выходе, инвертор и нагрузку, подключенную ко вторичной обмотке выходного трансформатора инвертора. Узел защиты, обеспечивающий плавное включение устройства, содержит токоограничивающий резистор, зашунтированный тиристорным ключом, и датчик напряжения, выполненный в виде вторичной добавочной обмотки выходного трансформатора инвертора. По окончании заряда емкости сглаживающего фильтра выпрямителя через токоограничивающий резистор на ключи инвертора подается сигнал управления, и в его вторичной обмотке появляется напряжение, которое выпрямляется диодами, сглаживается RC-фильтром и подается на управляющий электрод тиристора. Тиристор отпирается, шунтируя токоограничивающий резистор, и остается в этом положении до тех пор, пока работает инвертор.

Недостатком устройства является вероятность самоотпирания тиристорного ключа из-за большой скорости напряжения анод-катод при включении напряжения сети. Кроме этого, устройство не обеспечивает защиту источника питания от зарядных экстратоков нагрузки, имеющей на входе выпрямитель с емкостным фильтром.

Задачей изобретения является повышение надежности устройства электропитания при работе на нагрузку, содержащую входной выпрямитель с емкостным сглаживающим фильтром и требующую для нормальной работы подключение при номинальном входном напряжении и токе.

Для решения поставленной задачи в устройство электропитания корабельной аппаратуры, содержащее последовательно соединенные выпрямитель и инвертор, а также узел защиты и коммутации, включающий токоограничивающий резистор с параллельно подключенными контактами первого управляемого ключа, и датчик напряжения, подключенный к выходу инвертора, введен второй управляемый ключ, замыкающие контакты которого соединены с нагрузкой и токоограничивающим резистором, который последовательно подключен к выходу инвертора. Датчик напряжения выполнен в виде последовательно соединенных диода, резистора и светодиода первой оптопары узла защиты и коммутации, эмиттер фотоприемника которой через сглаживающий фильтр соединен с резистором первой времязадающей RC-цепи, общая точка которой подключена к первому пороговому блоку, выход которого через элемент НЕ подключен к катоду светодиода второй оптопары, а также к конденсатору второй времязадающей RC-цепи, общая точка которой через второй пороговый блок соединена с катодом светодиода третьей оптопары, в коллекторные цепи фотоприемников второй и третьей оптопар последовательно включены обмотки первого и второго управляемых ключей соответственно, при этом вторые концы обмоток управляемых ключей, аноды светодиодов второй и третьей оптопар и коллектор первой оптопары подключены к положительному выводу выпрямителя, а эмиттеры второй и третьей оптопар, вывод резистора второй времязадающей RC-цепи и вторая обкладка конденсатора первой времязадающей RC-цепи - к его отрицательному выводу.

При этом первый пороговый блок выполнен в виде двух последовательно соединенных элементов НЕ, охваченных цепью положительной обратной связи по току из диода и резистора.

Сущность изобретения поясняется чертежом электрической схемы устройства.

Устройство электропитания корабельной аппаратуры содержит последовательно соединенные выпрямитель 1, подключенный к вторичной обмотке входного трансформатора (не показан) сети переменного тока 220 В, 400 Гц, инвертор 2, токоограничивающий резистор 3 с параллельно подключенными контактами 4 первого управляемого ключа, контакты 5 второго управляемого ключа и нагрузку 6, работающую от входного переменного напряжения 220 В, 50 Гц и снабженную входным выпрямителем со сглаживающим емкостным фильтром.

Выпрямитель 1 может быть реализован по известной схеме диодного моста с емкостным фильтром [3, разд. 2.1] и обеспечивает на выходе постоянное напряжение 12 В. Инвертор 2 осуществляет преобразование входного постоянного напряжения в переменное прямоугольной формулы 220 В, 50 Гц и может быть реализован по схеме инверторного моста на мощных транзисторах, регулируемого по методу широтно-импульсной модуляции [3, разд. 2.3].

К выходу инвертора 2 подключен также датчик выходного напряжения, выполненный в виде последовательно соединенных диода 7, резистора 8 и светодиода первой оптопары 9 блока защиты и коммутации, получающего питание от выходных выводов выпрямителя 1. Фотоприемник первой оптопары 9, коллектор которого подключен к выводу +12 В выпрямителя 1, а база соединена с эмиттером через резистор 10, подключен эмиттером через сглаживающий RC-фильтр 11 к резистору 12 первой времязадающей RC-цепи, общая точка соединения которой с конденсатором 13 подключена через резистор 14 к первому пороговому блоку 15, выполненному в виде двух последовательно соединенных элементов НЕ 16 и 17, охваченных цепью 18 положительной обратной связи, состоящей из диода и резистора. Выход порогового блока 15 через элемент НЕ 19 соединен с катодом светодиода второй оптопары 20, анод которого через резистор 21 подсоединен к выводу +12 В выпрямителя 1. В коллекторную цепь фотоприемника оптопары 20, база которого соединена с эмиттером через резистор 22, последовательно включена обмотка 23 первого управляемого ключа, зашунтированная диодом 24 и подключенная вторым концом к выводу +12 В выпрямителя 1. К выходу первого порогового блока 15 подключен также конденсатор 25 второй времязадающей RC-цепи, точка соединения которого с резистором 26 подключена ко входу второго порогового блока 27 из двух последовательно соединенных элементов НЕ 28 и 29. Выход порогового блока 27 подключен к катоду светодиода третьей оптопары 30, анод которой через резистор 31 подключен к выводу +12 В выпрямителя 1. В коллекторную цепь фотоприемника оптопары 30 включена обмотка 32 второго управляемого ключа, зашунтированная диодом 33 и подключенная к выводу +12 В выпрямителя 1 аналогично обмотке 23 первого управляемого ключа. База фотоприемника оптопары 30 соединена с эмиттером через резистор 34. Эмиттеры оптопар 20 и 30, второй вывод резистора 26 второй времязадающей RC-цепи, вторая обкладка конденсатора 13 первой времязадающей цепи и конденсатора сглаживающего фильтра 11 подключены к выводу -12 В выпрямителя 1.

Устройство работает следующим образом.

После подключения устройства к сети выпрямленное и отфильтрованное постоянное напряжение 12 В выпрямителя 1 поступает на входы инвертора 2 и на питание узла защиты и коммутации устройства. Подача положительного потенциала на анод светодиода оптопары 30 при отрицательном потенциале катода возбуждает светоизлучение светодиода, в результате чего открывается фотоприемный транзистор оптопары 30, и через обмотку 32 второго управляемого ключа начинает протекать ток, замыкая его контакты 5 и обеспечивая подачу напряжения питания на нагрузку 6 с инвертора 2 через токоограничивающий резистор 3. После появления на выходе инвертора 2 (и, соответственно, в цепи 7 - 8 - 9 датчика напряжения) переменного напряжения включается светодиод оптопары 9, в результате чего в эмиттерной цепи транзистора оптопары 9 появляется пульсирующий ток, который сглаживается фильтром 11 и начинает заряжать конденсатор 13 первой времязадающей RC-цепи, постоянная времени (RC = 3 - 5 с) которой определяется временем заряда емкостного фильтра нагрузки 6. По окончании времени заряда конденсатора 13 на выходе порогового блока 15 появляется постоянное положительное напряжение, которое инвертируется элементом НЕ 19, и на катод светодиода оптопары 20 подается отрицательный потенциал, возбуждая излучение светодиода. Через обмотку 23 первого управляемого ключа по цепи фотоприемника оптопары 20 начинает протекать ток, и контакты 4 ключа замыкаются, шунтируя токоограничивающий резистор 3. Введение цепи 18 положительной обратной связи в пороговый блок 15 позволяет устранить "дребезг" контактов ключа и обеспечить надежное соединение цепи питания нагрузки. После появления положительного напряжения на выходе порогового блока 15 начинается протекание зарядного тока через конденсатор 25 второй времязадающей RC-цепи (постоянная времени RC = 350 - 400 мс), в течение которого происходит кратковременное обесточивание обмотки 32 второго управляемого ключа и размыкание его контактов 5. По окончании заряда емкости 25 светоизлучение светодиода оптопары 30 возобновляется, и контакты 5 второго управляемого ключа замыкаются вновь.

Предлагаемая двухступенчатая схема подключения нагрузки обеспечивает на первом этапе защиту инвертора от зарядных экстратоков емкостного фильтра нагрузки и плавный его вывод на рабочий режим, а на втором этапе - подключение узлов нагрузки при номинальном входном напряжении и токе нагрузки, что необходимо для нормального функционирования аппаратуры.

Промышленная применимость изобретения определяется тем, что предлагаемое устройство может быть изготовлено согласно приведенным описанию и чертежу электрической схемы при использовании серийно выпускаемых комплектующих изделий по известной технологии и может быть использовано в качестве вторичного источника питания аппаратуры различного назначения, имеющей входной выпрямитель с емкостным фильтром.

Список литературы

1. Патент РФ N 2011261, кл. H 02 H 7/12, 15.04.94.

2. Авторское свидетельство СССР N 1707688, кл. H 02 H 7/12, 23.01.92.

3. Бас А.А., Миловзоров В.П., Мусолин А.К. Источники вторичного электропитания с бестрансформаторным входом. - М.: Радио и связь, 1987, с. 30, (прототип). 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Устройство электропитания корабельной аппаратуры, содержащее последовательно соединенные выпрямитель и инвертор, а также узел защиты и коммутации, включающий токоограничивающий резистор с параллельно подключенными контактами первого управляемого ключа, и датчик напряжения, подключенный к выходу инвертора, отличающееся тем, что в него введен второй управляемый ключ, замыкающие контакты которого соединены с нагрузкой и токоограничивающим резистором, который последовательно подключен к выходу инвертора, датчик напряжения выполнен в виде последовательно соединенных диода, резистора и светодиода первой оптопары, эмиттер фотоприемника которой через сглаживающий фильтр соединен с резистором первой времязадающей RC-цепи, общая точка которой подключена к первому пороговому блоку, выход которого через элемент НЕ подключен к катоду светодиода второй оптопары, а также к конденсатору второй времязадающей RC-цепи, общая точка которой через второй пороговый блок соединена с катодом светодиода третьей оптопары, в коллекторные цепи фотоприемников второй и третьей оптопар последовательно включены обмотки первого и второго управляемых ключей соответственно, при этом вторые концы обмоток управляемых ключей, аноды светодиодов второй и третьей оптопар и коллектор первой оптопары подключены к положительному выводу выпрямителя, а эмиттеры второй и третьей оптопар, выводы резистора второй времязадающей RC-цепи и вторая обкладка конденсатора первой времязадающей RC-цепи - к его отрицательному выводу.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первый пороговый блок выполнен в виде двух последовательно соединенных элементов НЕ, охваченных цепью положительной обратной связи из диода и резистора.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru