Коммутационно-зарядное устройство
Полезная модель относится к схемам аварийного или резервного энергоснабжения, в которых распределительная система отключается от нормального источника и подключается к резервному источнику с автоматическим переключением, с устройствами для зарядки резервных батарей от сети переменного тока через преобразователи, и может найти применение, например, как компонент системы бесперебойного питания. Поставлена задача разработать устройство, имеющее высокий КПД, обеспечивающее зарядку аккумуляторов, а так же переключение питания выходной цепи переменного тока к резервному источнику питания в случае пропадания напряжения сети переменного тока или отклонения его значения от заданных параметров, с возможностью обратного подключения выходной цепи к сети переменного тока в случае, если напряжение сети переменного тока будет соответствовать заданным параметрам. Эта задача решена следующим образом. Коммутационно-зарядное устройство содержит сетевой выпрямитель и измерительный выпрямитель, выход сетевого выпрямителя соединен с питающей цепью силовых ключей источника питания зарядки, выход измерительного выпрямителя соединен с входами компараторов нижнего и верхнего значения напряжения, выходы компараторов нижнего и верхнего значения напряжения соединены с входом переключающего реле, коммутирующие выходы реле соединены с входом сетевого напряжения, входом аварийного блока питания и сетевым выходом устройства. Выход блока ШИМ управления подключен к входу управляющей схемы силовых ключей, выход управляющей схемы силовых ключей подключен к входу силовых ключей источника питания зарядки, включенных по полумостовой схеме. Выходы силовых ключей источника питания зарядки соединены с первичной обмоткой трансформатора источника питания зарядки, выходы вторичной обмотки соединены с входом выпрямителя, а выход выпрямителя соединен с входом компаратора напряжения зарядки и с входом блока ограничения тока, выход компаратора напряжения зарядки и измерительный выход блока ограничения тока соединены с входом оптопары обратной связи через диоды, выход оптопары обратной связи соединен с управляющим входом блока ШИМ управления. Выход блока ограничения тока соединен с входом блока защиты от неверной полярности подключения батареи, выход блока защиты от неверной полярности подключения батареи соединен с входом аккумуляторной батареи. В коммутационно-зарядном устройстве реализована защита от неверной полярности подключения батареи, защита по току и отрицательная обратная связь по току и напряжению для стабилизации значения выходного напряжения зарядки и ограничения выходного тока зарядки, также реализована схема коммутации цепи аварийного блока питания и напряжения сети на выход устройства в зависимости от параметров сетевого напряжения. Предлагаемая полезная модель решает задачу обеспечения зарядки аккумуляторов, а также переключения питания выходной цепи переменного тока к резервному источнику питания в случае пропадания напряжения сети переменного тока или отклонения его значения от заданных параметров, с автоматическим обратным подключением выходной цепи к сети переменного тока в случае если напряжение сети переменного тока будет соответствовать заданным параметрам. При этом, в отличие от аналогичных устройств, питание выходной цепи переменного тока подключено либо к питающей сети либо, при отклонении сетевого напряжения от заданных параметров, к резервному источнику питания с автоматическим обратным подключением выходной цепи к сети переменного тока в случае, если напряжение сети переменного тока будет соответствовать заданным параметрам.
Полезная модель относится к схемам аварийного идя резервного энергоснабжения, в которых распределительная система отключается от нормального источника и подключается к резервному источнику с автоматическим переключением, с устройствами для зарядки резервных батарей от сети переменного тока через преобразователи, и может найти применение, например, как компонент системы бесперебойного питания.
Известно автоматическое импульсное зарядное устройство по патенту RU 2071625 С1, 1992. Устройство выполнено на основе блок-схемы в которую, кроме трансформатора, выпрямителя, токоограничивакущего элемента, управляющего элемента, ограничивающего ток и напряжение заряда и блока защиты от короткого замыкания в банках АБ и неправильного включения полярности, введены элемент зашиты АБ от короткого замыкания на линии присоединения ее к зарядному устройству, а также два индикатора: красный, индицирующий аварийный режим, и зеленый - индикатор нормального процесса зарядки АБ. Управляющий элемент формирует в процессе хранения АБ зарядный ток, равный току саморазряда АБ. что исключает ее полный разряд и обеспечивает постоянную готовность к работе. Блок защиты выполняет диагностическую функцию, сравнивая ЭДС АБ с опорным напряжением работоспособной батареи.
Недостатком устройства по патенту RU 2071625 С1, 1992. можно считать низкий КПД трансформаторного источника питания, отсутствие схемы аварийной коммутации сетевого напряжения.
Известно так же бортовое зарядное устройство по патенту RU 2101830 С1, 1996. Сущность изобретения: за счет введения в устройство двух реле, двух логических элементов 4ИЛИ-НЕ, датчика тока силового преобразователя и источника питания собственных нужд в устройстве обеспечивается стабилизация гальванически развязанного напряжения на нагрузке. Подключение источника питания собственных нужд к заряжаемой аккумуляторной батарее обеспечивает защиту от внезапных включений-отключений напряжения питания.
Устройство работает следующим образом. Блок управления, реализованный на логических элементах, генерирует сигналы управления дня транзисторных ключей. Сетевое напряжение переменного тока выпрямляется, после чего, с помощью полумостового импульсного преобразователя напряжения, преобразуется в напряжение постоянного тока для зарядки батареи. Высокочастотный дроссель обеспечивает мягкость ШИМ управления и более явную зависимость амплитудного значения напряжения на вторичной обмотке трансформатора от длительности управляющего импульса. Это необходимо для расширения диапазона изменения выходного напряжения преобразователя и для обеспечения запаса по управлению (компенсации). В схеме введена отрицательная обратная связь по напряжению, обеспечивающая стабилизацию выходного напряжения. Постоянное напряжение, снимаемое с выхода устройства, подается на измерительную схему блока управления и сравнивается с напряжением уставки. Затем разность выходного напряжения и напряжения уставки, представляющая собой сигнал рассогласования, преобразуется в длительность управляющих импульсов, генерируемых блоком управления по принципу ШИМ, которая зависит от амплитуды напряжения рассогласования. Затем эти импульсы подаются на схемы управления транзисторными ключами, представляющие собой гальванически развязанные узлы с отдельным питанием от обмоток трансформатора и оптической развязкой по сигналу управления на входе, связанные с управляющими входами транзисторных ключей. Таким образом, контур обратной связи замыкается и обеспечивает с определенной точностью
равенство выходного напряжения напряжению уставки. Введенные в устройство реле обеспечивают защиту от пропадания сетевого напряжения посредством переключения режима работы блока управления.
Недостатком устройства по патенту RU 2101830 С1 1996 можно считать отсутствие схемы аварийной коммутации сетевого напряжения и применение реле, обладающих низким быстродействием в блоке защиты от пропадания сетевого напряжения, что приводит к снижению надежности устройства.
Из приведенных выше аналогов по технической сущности наиболее близким к предлагаемой полезной модели является устройство по патенту RU 2101830 С1 1996. Оно и принято в качестве прототипа.
Поставлена задача: разработать устройство, имеющее высокий КПД, обеспечивающее зарядку аккумуляторов а так же переключение питания выходной цепи переменного тока к резервному источнику питания в случае пропадания напряжения сети переменного тока или отклонения его значения от заданных параметров, с автоматическим обратным подключением выходной цепи к сети переменного тока в случае, если напряжение сети переменного тока будет соответствовать заданным параметрам.
Эта задача решена следующим образом, Коммутационно-зарядное устройство содержит сетевой выпрямитель и измерительный выпрямитель, выход сетевого выпрямителя соединен с питающей цепью силовых ключей источника питания зарядки, выход измерительного выпрямителя соединен с входами компараторов нижнего и верхнего значения напряжения, выходы компараторов нижнего и верхнего значения напряжения соединены с входом переключающего реле, коммутирующие выходы реле соединены с входом сетевого напряжения, входом аварийного блока питания и сетевым выходом устройства. Выход блока ШИМ управления подключен к входу управляющей схемы силовых ключей, выход управляющей схемы силовых ключей подключен к входу силовых ключей источника питания зарядки, включенных по полумостовой схеме. Выходы силовых ключей источника питания зарядки соединены с первичной обмоткой трансформатора источника питания зарядки, выходы вторичной обмотки соединены с входом выпрямителя, а выход выпрямителя соединен с входом компаратора напряжения зарядки и входом блока ограничения тока, выход компаратора напряжения зарядки и измерительный выход блока ограничения тока соединены через диоды с входом оптопары обратной связи, выход оптопары обратной связи соединен с управляющим входом блока ШИМ управления. Выход блока ограничения тока соединен с входом блока защиты от неверной полярности подключения батареи, выход блока защиты от неверной полярности подключения батареи соединен с полюсом аккумуляторной батареи. В коммутационно-зарядном устройстве реализована защита от неверной полярности подключения батареи, защита по току и отрицательная обратная связь по току и напряжению для стабилизации значения выходного напряжения зарядки и ограничения выходного тока зарядки, также реализована схема коммутации цепи аварийного блока питания и напряжения сети на выход устройства в зависимости от параметров сетевого напряжения.
Далее сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображено:
- на фиг.1 - функциональная схема коммутационно-зарядного устройства. Устройство содержит: блок ШИМ управления 1, управляющую схему силовых ключей 2, силовые ключи 3 и 4 источника питания зарядки, трансформатор источника питания зарядки 5, конденсаторы 6 и 7, выпрямительный диод 8, сглаживающий конденсатор 9, дроссель 10, сетевой выпрямитель 11, измерительный выпрямитель 12, компаратор напряжения зарядки 13, блок ограничения тока 14, диоды 15 и 16, оптопара обратной связи 17, компаратор верхнего значения напряжения 18, компаратор нижнего
значения напряжения 19, диоды 20 и 21, переключающее реле 22, блок зашиты от неверной полярности подключения батареи 23.
Коммутационно-зарядное устройство работает следующим образом. Сетевое напряжение поступает на сетевой вход устройства, затем на сетевой выпрямитель 11 и измерительный выпрямитель 12. Постоянное напряжение с выхода сетевого выпрямителя 11 поступает на питание силовых ключей источника питания зарядки 3 и 4. Напряжение с выхода измерительного выпрямителя 12 поступает на компараторы нижнего и верхнего значения напряжения 18 и 19, где сравнивается с заданными значениями напряжения верхнего и нижнего уровней Uв и Uн , в случае несоответствия входного напряжения заданным значениям компараторы 18 или 19 выдают управляющее напряжение на вход коммутирующего реле 22, что приводит к переключению контактной группы реле таким образом, чтобы вход аварийного блока питания коммутировался на выход устройства. В случае, если сетевое напряжение соответствует установленным пределам, компараторы не срабатывают и контактная группа реле коммутирует сетевое напряжение на выход устройства. Блок ШИМ управления 1 генерирует управляющие импульсы прямоугольной формы, сдвинутые по фазе на 180°, с защитной паузой между ними. Управляющие импульсы с выхода блока ШИМ управления поступают на управляющую схему силовых ключей 2. Силовые ключи 3 и 4 в совокупности с трансформатором 5 представляют собой схему источника питания зарядки, реализованную по полумостовой схеме включения. Сглаживающий конденсатор 9 и дроссель 10 препятствуют проникновению высокочастотной составляющей выходного напряжения трансформатора в цепь зарядки батареи. В схеме введена защита по току и стабилизация выходного напряжения. Напряжение, снимаемое с выхода компаратора напряжения зарядки 13 и измерительного выхода блока ограничения тока 14, подается на оптопару обратной связи и, в случае несоответствия параметров выходного зарядного напряжения или тока заданным значениям, сигнал с выхода оптопары, поступающий на вход блока ШИМ управления, приводит к изменению длительности управляющих импульсов, поступающих на силовые ключи, что, в свою очередь, приводит к возврату параметров напряжения зарядки в пределы, заданные значениями напряжения зарядки Uз и максимального тока, установленного блоком ограничения тока 14.
Блок защиты от неверной полярности подключения батареи 23 обеспечивает прохождение напряжения зарядки на батарею в случае верной полярности ее подключения и запрещает прохождение тока в выходной цепи зарядного устройства в случае неверной полярности подключения батареи.
Таким образом, предлагаемая полезная модель решает задачу обеспечения зарядки аккумуляторов, а так же переключения питания выходной цепи переменного тока к резервному источнику питания в случае пропадания напряжения сети переменного тока или отклонения его значения от заданных параметров, с автоматическим обратным подключением выходной цепи к сети переменного тока в случае, если напряжение сети переменного тока будет соответствовать заданным параметрам. При этом, в отличие от аналогичных устройств, питание выходной цепи переменного тока подключено либо к питающей сети либо, при отклонении сетевого напряжения от заданных параметров, к резервному источнику питания с автоматическим обратным подключением выходной цепи к сети переменного тока в случае, если напряжение сети переменного тока будет соответствовать заданным параметрам.
Коммутационно-зарядное устройство содержащее сетевой выпрямитель и измерительный выпрямитель, выход сетевого выпрямителя соединен с питающей цепью силовых ключей источника питания зарядки, выход измерительного выпрямителя соединен с входами компараторов нижнего и верхнего значения напряжения, выходы компараторов нижнего и верхнего значения напряжения соединены с входом переключающего реле, коммутирующие выходы реле соединены с входом сетевого напряжения, входом аварийного блока питания и сетевым выходом устройства, выход блока ШИМ управления подключен к входу управляющей схемы силовых ключей, выход управляющей схемы силовых ключей подключен к входу силовых ключей источника питания зарядки, включенных по полумостовой схеме, выходы силовых ключей источника питания зарядки соединены с первичной обмоткой трансформатора источника питания зарядки, выходы вторичной обмотки соединены с входом выпрямителя, а выход выпрямителя соединен с входом компаратора напряжения зарядки и входом блока ограничения тока, выход компаратора напряжения зарядки и измерительный выход блока ограничения тока соединены через диоды с входом оптопары обратной связи, выход оптопары обратной связи соединен с управляющим входом блока ШИМ управления, выход блока ограничения тока соединен с входом блока защиты от неверной полярности подключения батареи, выход блока защиты от неверной полярности подключения батареи соединен с полюсом аккумуляторной батареи, отличающееся тем, что питание выходной цепи переменного тока подключено либо к питающей сети, либо, при отклонении сетевого напряжения от заданных параметров, к резервному источнику питания с автоматическим обратным подключением выходной цепи к сети переменного тока в случае, если напряжение сети переменного тока будет соответствовать заданным параметрам.
