RU2037249C1

RU2037249C1 - System of uninterrupted power supply

Info

Publication number: RU2037249C1
Authority: RU
Inventors: Г.Я. Михальченко; А.И. Муравьев; А.В. Миллер; Д.В. Толстобров
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Истэн"
Priority date: 1992-08-06
Filing date: 1992-08-06
Publication date: 1995-06-09

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: system is designed for industrial computers. It has three-pole automatic switch, input radio interference filter, inverter, high-frequency filter with information input, capabilities storage circuit, instrumentation converter, unit of storage batteries, source of auxiliary power, discharger, low-frequency filter, two-input electronic shunting device, microprocessor with information display and two-winding chokes. EFFECT: avoidance of use of high-frequency self-oscillating modes of voltage values close to boundary, provision for emergency-free operation of storage batteries, realization of information exchange with fed computers in case of necessity. 3 cl, 10 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для электропитания ответственных потребителей, в частности персональных и промышленных компьютеров. The invention relates to electrical engineering and can be used to power critical consumers, in particular personal and industrial computers.

Известна система бесперебойного питания [1] содержащая последовательно соединенные выпрямительно-зарядное устройство, инвертор и двухвходовой статический переключатель, второй вход которого подключен к входным выводам системы, причем к точке соединение инвертора и выпрямительно-зарядного устройства через ключевой элемент подсоединена аккумуляторная батарея, а система управления обеспечивает постоянное питание нагрузки через статический переключатель (электронное шунтирующее устройство) и при аномальных отклонениях питающей сети система управления обеспечивает переключение нагрузки на питание от аккумуляторной батареи через инвертор. A known uninterruptible power system [1] comprising a series-connected rectifier-charger, an inverter and a two-input static switch, the second input of which is connected to the input terminals of the system, and a battery is connected to the inverter and the rectifier-charger through a key element, and the control system provides constant load power through a static switch (electronic shunt device) and with abnormal deviations of the mains the control system provides switching the load on the power from the battery through the inverter.

Такая система имеет достаточно высокий коэффициент полезного действия, так как основное время работы нагрузки протекает лишь через один тиристор электронного шунтирующего устройства. Such a system has a sufficiently high efficiency, since the main load time flows through only one thyristor of the electronic shunt device.

Однако нагрузка при этом питается нестабильным напряжением питающей сети и в тех случаях, когда это недопустимо, приходится в байпасный канал электронного шунтирующего устройства вводить стабилизатор переменного напряжения, что увеличивает массу, габариты и стоимость системы, что, в свою очередь, сопровождается снижением коэффициента полезного действия. However, the load is fed by the unstable voltage of the supply network and in cases where this is unacceptable, it is necessary to introduce an AC voltage stabilizer into the bypass channel of the electronic shunt device, which increases the weight, size and cost of the system, which, in turn, is accompanied by a decrease in the efficiency .

Кроме того, такая система характеризуется конечным временем прерывания электропитания при переключении нагрузки с электронного шунтирующего устройства на инвертор и наоборот, что связано с неопределенностью моментов выключения тиристоров шунтирующего устройства при переключении на инвертор и втягиванием инвертора и синхронизм при обратном переключении на питание от сети. Но наиболее крупным недостатком такого рода систем является постоянное существование потенциально опасных режимов при переключениях, когда образуются коротко замкнутые контуры по цепи: питающая сеть выпрямительно-зарядное устройство инвертор электронное шунтирующее устройство питающая сеть. Даже незначительные отклонения напряжения питающей сети от номинального значения, либо его искажения высокочастотными гармониками (3-ей, 5-ой и т.д.) сопровождается развитием ударных уравнительных токов, приводящих к выходу системы из строя. Эти токи являются причиной постоянных сбоев в нагрузке типа компьютерной техники. In addition, such a system is characterized by a finite time of power interruption when switching the load from the electronic shunt device to the inverter and vice versa, due to the uncertainty of the shutdown times of the thyristors of the shunt device when switching to the inverter and retraction of the inverter and synchronism when switching back to mains power. But the biggest drawback of this kind of systems is the constant existence of potentially dangerous modes during switching when short-circuits are formed along the circuit: mains rectifier-charger inverter electronic shunt device mains. Even slight deviations of the supply voltage from the nominal value, or its distortion by high-frequency harmonics (3rd, 5th, etc.) is accompanied by the development of shock equalizing currents leading to the failure of the system. These currents are the cause of constant failures in the load type of computer equipment.

Известна также система бесперебойного электропитания [2] содержащая электромеханические преобразователи типа двигатель маховик генератор, которые характеризуются высокой электромагнитной совместимостью с нагрузкой в виде вычислительных средств. Однако такие системы имеют малый срок службы и не выполняют своих функций при длительных (единицы минут) отключениях питающей сети. There is also known an uninterruptible power supply system [2] containing electromechanical converters of the type engine flywheel generator, which are characterized by high electromagnetic compatibility with the load in the form of computing tools. However, such systems have a short service life and do not perform their functions during long (a few minutes) power outages.

Известна также система бесперебойного электропитания нерерывного действия [3] содержащая сетевой трансформатор, выпрямитель с накопителем, регулируемый инвертор с фильтром, зарядное устройство, аккумуляторную батарею, разрядное устройство и систему управления. Also known is a continuous uninterruptible power supply system [3] comprising a network transformer, a rectifier with a drive, an adjustable inverter with a filter, a charger, a battery, a discharge device, and a control system.

Такое устройство выгодно отличается от системы с электронным переключателем повышенной надежностью, минимальным временем перехода с основного канала на резервный, однако наличие сетевого трансформатора приводит к росту массогабаритных показателей и стоимости. Such a device compares favorably with a system with an electronic switch with increased reliability and a minimum transition time from the main channel to the backup, however, the presence of a network transformer leads to an increase in overall dimensions and cost.

Наиболее близкой по технической сущности является система бесперебойного электропитания [4] содержащая последовательно соединенные трехполюсный автоматический выключатель, входной фильтр радиопомех и входной преобразователь, инвертор, низкочастотный трансформатор и высокочастотный фильтр с информационным выходом, емкостный накопитель, измерительный преобразователь, одним из информационных входов соединенный с выходом входного фильтра радиопомех, а другим с информационным выходом высокочастотного фильтра, блок аккумуляторных батарей, информационным выходом подключенный к третьему информационному входу измерительного преобразователя, источник питания собственных нужд, одним из входов соединенный с выходом входного фильтра радиопомех, систему управления, информационный вход которой соединен с выходами измерительного преобразователя, а управляющие выходы соединены с управляющими входами инвертора и входного преобразователя. The closest in technical essence is an uninterruptible power supply system [4] containing a three-pole circuit breaker in series, an input interference filter and an input converter, an inverter, a low-frequency transformer and a high-pass filter with an information output, a capacitive storage device, a measuring converter, one of the information inputs connected to the output radio interference input filter, and another with the high-pass filter information output, battery pack A device with an information output connected to the third information input of the measuring transducer, an auxiliary power supply, one of the inputs connected to the output of the input filter of the radio noise, a control system whose information input is connected to the outputs of the measuring transducer, and the control outputs are connected to the control inputs of the inverter and the input transducer .

Такая система обеспечивает нагрузку (например, компьютер) питанием от сети через выпрямитель и инвертор. Выпрямитель обеспечивает постоянный заряд аккумуляторных батарей, а инвертор с ШИМ обеспечивает высокое качество выходного напряжения, причем переход из режимов работы от сети либо от аккумуляторной батареи осуществляется автоматически с временем переключения, равным нулю. Such a system provides the load (for example, a computer) with power from the network through a rectifier and inverter. The rectifier provides a constant charge of the batteries, and the inverter with a PWM provides high quality output voltage, and the transition from operating modes from the mains or from the battery is carried out automatically with a switching time of zero.

Кроме того, включение между входным выпрямителем и инвертором преобразователя повышающего типа позволяет поддерживать стабильным выходное напряжение как при питании нагрузки от сети, так и при питании от блока аккумуляторных батарей. In addition, the inclusion of a step-up converter between the input rectifier and the inverter allows the output voltage to be stable both when the load is supplied from the mains and when powered by the battery pack.

В то же время такая система имеет и ряд крупных недостатков, приводящих к снижению надежности работы как самой системы энергообеспечения, так и нагрузки, а также к неоправданному завышению массы габаритов и стоимости системы бесперебойного энергообеспечения. At the same time, such a system has a number of major shortcomings, leading to a decrease in the reliability of both the energy supply system itself and the load, as well as to unjustified overstatement of the mass of dimensions and the cost of an uninterrupted energy supply system.

Во-первых, это связано с тем, что в такой системе напряжение блока аккумуляторных батарей должно соответствовать выходному напряжению выпрямителя, которое колеблется в пределах 176-217 В, при питании от однофазной сети с напряжением 220В ± 15%В то же время известно, что соединение большого числа элементов аккумуляторных батарей (свыше 40-60) приводит к резкому снижению надежности работы блока аккумуляторных батарей из неравномерного заряда и разряда их в процессе эксплуатации, переполюсовки и выходу их из строя. Увеличение напряжения также не позволяет создавать малогабаритные, компактные системы бесперебойного электропитания из-за низких удельно-массовых показателей аккумуляторов. Firstly, this is due to the fact that in such a system the voltage of the battery pack must correspond to the output voltage of the rectifier, which ranges from 176-217 V, when powered from a single-phase network with a voltage of 220V ± 15%. At the same time, it is known that the connection of a large number of battery cells (over 40-60) leads to a sharp decrease in the reliability of the battery pack from uneven charge and discharge during operation, polarity reversal and failure. The increase in voltage also prevents the creation of small-sized, compact uninterruptible power supply systems due to low specific mass indicators of batteries.

Во-вторых, неоправданно завышена установленная мощность инвертора из-за того, что при перегрузках по току выходное напряжение системы снижается, а замкнутая система стабилизации на основе преобразователя повышающего типа "накачивает" напряжение на входе инвертора (на емкостном накопителе) до значительных величин, многократно превышающих рабочее напряжение инвертора. Это сопровождается либо выходом инвертора из строя, либо необходимостью увеличивать установленную мощность ключей инвертора. Secondly, the installed inverter power is unreasonably overestimated due to the fact that during current overloads the system output voltage decreases, and a closed stabilization system based on a step-up converter "pumps" the voltage at the inverter input (on a capacitive storage) to significant values, many times exceeding the operating voltage of the inverter. This is accompanied either by the failure of the inverter, or by the need to increase the installed power of the inverter keys.

В-третьих, использование упрощенного алгоритма управления системой не позволяет полностью использовать емкость аккумуляторов из-за существенного влияния внутреннего сопротивления на показания измерительных элементов системы управления в процессе заряда аккумуляторов и особенно при их разряде. Кроме того, алгоритм работы известной системы таков, что запрещает работу при отсутствии аккумулятрных батарей, либо неисправностях в них, что существенно ограничивает время работы резервного канала в первом случае и функциональные возможности системы во втором, а также не исключает автоколебательных режимов работы системы при колебаниях напряжения питающей сети около порогового значения, при котором производится переключение с основного источника (сети) на резервный (аккумуляторную батарею). Thirdly, the use of a simplified algorithm for controlling the system does not allow the full use of the battery capacity due to the significant influence of internal resistance on the readings of the measuring elements of the control system in the process of charging the batteries and especially when they are discharged. In addition, the algorithm of the known system is such that prohibits operation in the absence of rechargeable batteries, or malfunctions in them, which significantly limits the operating time of the backup channel in the first case and the functionality of the system in the second, and does not exclude self-oscillating modes of the system when voltage fluctuates mains supply near a threshold value at which switching from the main source (network) to the backup (battery) is performed.

В-четвертых, для снижения колебаний выходного напряжения в процессе перехода системы на работу с резервным каналом и наоборот необходимо увеличивать величину емкостного накопителя, что приводит к снижению внутреннего сопротивления системы и росту ударных токов при включении на разрядную емкость. Кроме того, по этой же причине увеличивается амплитуда сквозных токов в стойках диод-транзистор инвертора. Снижение этих токов индуктивными элементами сопровождается ростом дополнительных потерь, связанных с необходимостью ограничения перенапряжений и снижению надежности. Fourth, to reduce fluctuations in the output voltage during the transition of the system to work with the backup channel and vice versa, it is necessary to increase the value of the capacitive storage, which leads to a decrease in the internal resistance of the system and an increase in shock currents when turned on to the discharge capacitance. In addition, for the same reason, the amplitude of the through currents in the racks of the inverter diode transistor increases. The reduction of these currents by inductive elements is accompanied by an increase in additional losses associated with the need to limit overvoltages and reduce reliability.

Кроме того, отсутствие электронного шунтирующего устройства также ограничивает функциональные возможности системы при авариях во входном преобразователе и инверторе, а наличие сетевого трансформатора на выходе инвертора приводит к существенному росту массы, габаритов и стоимости устройства. In addition, the absence of an electronic shunt device also limits the functionality of the system in case of accidents in the input converter and inverter, and the presence of a mains transformer at the output of the inverter leads to a significant increase in the mass, dimensions and cost of the device.

Изобретение направлено на решение задачи повышения качества бесперебойного электропитания ответственных потребителей, в частности персональных и промышленных компьютеров, позволяет повысить надежность системы электропитания, улучшить массогабаритные показатели, расширить функциональные возможности. The invention is aimed at solving the problem of improving the quality of uninterrupted power supply for responsible consumers, in particular personal and industrial computers, allows to increase the reliability of the power supply system, improve overall dimensions and expand functionality.

С целью получения указанного технического результата система бесперебойного электропитания содержит последовательно соединенные трехполюсный автоматический выключатель, входной фильтр радиопомех и преобразователь переменного напряжения в постоянное, инвертор и высокочастотный фильтр с информационным выходом, емкостный накопитель, измерительный преобразователь, одним из информационных входов соединенный с выходом входного фильтра радиопомех, а другой с информационным выходом высокочастотного фильтра, блок аккумуляторных батарей, информационным выходом подключенный к третьему информационному входу измерительного преобразователя, источник питания собственных нужд, одним из входов соединенный с выходом входного фильтра радиопомех, систему управления, информационный вход которой соединен с выходами измерительного преобразователя, а управляющие выходы плавного пуска и отключения соединены с управляющими входами инвертора и преобразователя переменного напряжения в постоянное. In order to obtain the indicated technical result, the uninterruptible power supply system comprises a three-pole circuit breaker connected in series, an RFI input filter and an AC / DC converter, an inverter and a high-frequency filter with an information output, a capacitive storage device, a measuring transducer, one of the information inputs connected to the output of the RFI input filter and the other with the information output of a high-pass filter, a battery pack th, an information output connected to the third information input of the measuring transducer, an auxiliary power supply, one of the inputs connected to the output of the input filter of the radio noise, a control system whose information input is connected to the outputs of the measuring transducer, and the control outputs of the soft start and shutdown are connected to the control inputs inverter and AC to DC converter.

Новым является то, что система содержит два двухобмоточных дросселя, управляемые зарядное и разрядное устройство, низкочастотный фильтр и двухвходовое электронное шунтирующее устройство, а система управления выполнена в виде микропроцессора с устройством отображения информации и с возможностью формирования на соответствующих выходах сигналов плавного пуска и отключения преобразователя переменного напряжения в постоянное, инвертора и зарядного устройства и сигналов коммутации разрядного и электронного шунтирующего устройства, при этом управляющие выходы системы управления подключены соответственно к управляющим входам упомянутых устройств, один из входов электронного шунтирующего устройства соединен с выходом высокочастотного фильтра, а другой с выходом низкочастотного фильтра, вход которого подключен к выходу входного фильтра радиопомех, а выходы электронного шунтирующего устройства образуют первый и второй выходы системы, выходы и входы управляемого зарядного и разрядного устройств попарно объединены и подключены соответственно ко второму входу преобразователя переменного напряжения в постоянное и через контакт трехполюсного автоматического выключателя к блоку аккумуляторных батарей, причем выход преобразователя переменного напряжения в постоянное и вход инвертора подключены к входу и выходу емкостного накопителя через первичные обмотки двухобмоточных дросселей, один из выводов вторичных обмоток которых подключены к общей шине системы, а другие выводы через диоды соединены со вторым входом источника питания собственных нужд и через контакт трехполюсного автоматического выключателя с блоком аккумуляторных батарей, а информационный выход источника питания собственных нужд подключен к четвертому входу измерительного преобразователя. The new one is that the system contains two double-wound chokes, controlled by a charging and discharge device, a low-pass filter and a two-input electronic shunt device, and the control system is made in the form of a microprocessor with an information display device and with the possibility of generating soft start and disconnect AC converter signals at the respective outputs voltage to DC, inverter and charger, and switching signals of a discharge and electronic shunt device, etc. the control outputs of the control system are respectively connected to the control inputs of the said devices, one of the inputs of the electronic shunt device is connected to the output of the high-pass filter, and the other to the output of the low-pass filter, the input of which is connected to the output of the radio interference input filter, and the outputs of the electronic shunt device form the first and second system outputs, outputs and inputs of a controlled charging and discharge devices are paired together and connected respectively to the second input of the converter alternating voltage to DC and through the contact of a three-pole circuit breaker to the battery pack, and the output of the AC to DC converter and the inverter input are connected to the input and output of the capacitive storage through the primary windings of two-winding reactors, one of the terminals of the secondary windings of which are connected to the system common bus and other outputs through diodes are connected to the second input of the auxiliary power supply and through the contact of a three-pole automatic switch a company with a battery pack, and the information output of the auxiliary power supply is connected to the fourth input of the measuring transducer.

Новым является также то, что преобразователь переменного напряжения в постоянное содержит последовательно соединенные выпрямитель, фильтр и преобразователь повышающего типа, симистор, включенный в одну из входных шин переменного тока выпрямителя, делитель напряжения, шунтирующий выход преобразователя переменного напряжения в постоянное, первый дифференциальный усилитель, один из входов которого соединен с выходом делителя напряжения, а второй вход предназначен для подключения к источнику опорного напряжения ограничения, второй дифференциальный усилитель, один из входов которого предназначен для подключения к задатчику напряжения, а другой образует первый управляющий вход преобразователя переменного напряжения в постоянное, два модулятора длительности импульсов, один из входов которых соединены с выходами дифференциальных усилителей, генератор пилообразного напряжения, выходом подключенный ко вторым входам модуляторов длительности импульсов, четырехвхдовый логический узел, один из входов которого соединены с выходами модуляторов длительности импульсов, третий с информационным выходом преобразователя повышающего типа, а четвертый образует второй управляющий вход преобразователя переменного напряжения в постоянное, выходы четырехвходового логического узла соединены с управляющими входами преобразователя повышающего типа и симистора, причем преобразователь повышающего типа выполнен на дросселе и диоде, включенных последовательно в одну из шин питания, которыми являются выходные шины выпрямителя, к общей точке соединения дросселя и диода подключены последовательно соединенные транзистор и датчик тока, соединенный со второй шиной питания, выход датчика тока образует информационный выход преобразователя повышающего типа, а управляющий вход транзистора его управляющий вход, причем входные шины переменного тока выпрямителя являются входами преобразователя переменного напряжения в постоянное, выходы преобразователя повышающего типа выходами преобразователя переменного напряжения в постоянное, а выход фильтра образует второй вход преобразователя переменного напряжения в постоянное. Also new is the fact that the AC-to-DC converter contains a rectifier, a filter and a step-up converter in series, a triac connected to one of the rectifier's AC input buses, a voltage divider, the bypass output of the AC to DC converter, the first differential amplifier, one from the inputs of which is connected to the output of the voltage divider, and the second input is designed to connect to the source of the reference voltage limitation, the second differential a differential amplifier, one of the inputs of which is intended to be connected to a voltage regulator, and the other forms the first control input of an AC / DC converter, two pulse width modulators, one of whose inputs is connected to the outputs of differential amplifiers, a sawtooth voltage generator, connected to the second inputs by an output pulse width modulators, four-input logic node, one of the inputs of which is connected to the outputs of pulse width modulators, tr with the information output of the step-up converter, and the fourth forms the second control input of the AC-to-DC converter, the outputs of the four-input logic node are connected to the control inputs of the step-up converter and triac, and the step-up converter is made on a choke and a diode connected in series to one of the buses power supply, which are the rectifier output bus, connected in series to the common point of connection of the inductor and the diode a torus and a current sensor connected to the second power bus, the output of the current sensor forms the information output of the boost converter, and the control input of the transistor is its control input, and the input busbars of the rectifier are inputs of the AC to DC converter, the outputs of the converter of the type are outputs of the AC converter voltage to constant, and the output of the filter forms the second input of the AC to DC converter.

Новым является также то, что преобразователь переменного напряжения в постоянное содержит выпрямитель, последовательно соединенные симистор и первый дроссель, включенные в одну из входных шин переменного тока выпрямителя, первый датчик тока, включенный в другую входную шину переменного тока выпрямителя, второй дроссель, один вывод которого соединен с одной из выходных шин выпрямителя, а другой образует второй вход преобразователя переменного напряжения в постоянное, диод, включенный в одну из выходных шин выпрямителя, последовательно соединенные транзистор и второй датчик тока, включенные между выходными шинами выпрямителя, делитель напряжения, шунтирующий выход преобразователя переменного напряжения в постоянное, первый дифференциальный усилитель, один из входов которого соединен с выходом делителя напряжения, а второй вход предназначен для подключения к источнику опорного напряжения ограничения, второй дифференциальный усилитель, один из выходов которого предназначен для подключения к задатчику напряжения, а другой образует первый управляющий вход преобразователя переменного напряжения в постоянное, два модулятора длительности импульсов, генератор пилообразного напряжения, четырехвходовый логический узел, выходы которого подключены к управляющим входам транзистора и симистора, один из входов к выходу модуляторов длительности импульсов, третий вход к второму датчику тока, а четвертый образует второй управляющий вход преобразователя переменного напряжения в постоянное, последовательно соединенные умножающий цифроаналоговый преобразователь и третий дифференциальный усилитель, постоянное запоминающее устройство, счетчик, синхронизатор и согласующий трансформатор, связанный со входом преобразователя переменного напряжения в постоянное, задающий генератор, выходом соединенный со счетным входом счетчика, прецизионный выпрямитель, включенный между первым датчиком тока и вторым входом третьего дифференциального усилителя, при этом выходы постоянного запоминающего устройства подсоединены к информационным входам умножающего цифроаналогового преобразователя, первые входы первого и второго модуляторов длительности импульсов соединены с выходами третьего и второго дифференциальных усилителей соответственно, а вторые их входы объединены и подключены к выходу генератора пилообразного напряжения. Also new is the fact that the AC-to-DC converter contains a rectifier, a triac and a first choke connected in series to one of the rectifier AC input buses, a first current sensor connected to another rectifier AC input bus, and a second inductor, one output of which connected to one of the output busbars of the rectifier, and the other forms the second input of the AC / DC converter, a diode connected to one of the output busbars of the rectifier, in series connected transistor and a second current sensor connected between the output buses of the rectifier, a voltage divider, shunting the output of the AC to DC converter, a first differential amplifier, one of the inputs of which is connected to the output of the voltage divider, and the second input is used to connect to the source of the reference voltage limitation, the second differential amplifier, one of the outputs of which is designed to be connected to a voltage regulator, and the other forms the first control input alternating voltage into a constant voltage, two pulse width modulators, a sawtooth voltage generator, a four-input logic node whose outputs are connected to the control inputs of the transistor and a triac, one of the inputs to the output of the pulse width modulators, the third input to the second current sensor, and the fourth forms the second control AC / DC converter input, connected in series by a multiplying digital-to-analog converter and a third differential amplifier, constant a memory device, a counter, a synchronizer, and a matching transformer connected to the input of the AC / DC converter, a master oscillator, connected to the counter by the output, a precision rectifier connected between the first current sensor and the second input of the third differential amplifier, while the outputs of the constant memory devices are connected to the information inputs of a multiplying digital-to-analog converter, the first inputs of the first and second modulators of duration and pulses are connected to the outputs of the third and second differential amplifiers, respectively, and their second inputs are combined and connected to the output of the sawtooth voltage generator.

На фиг. 1 приведена схема системы бесперебойного электропитания; на фиг. 2, 3 варианты схемы преобразователя переменного напряжения в постоянное; на фиг. 4 схема управляемого зарядного устройства; на фиг. 5, 6 диаграммы напряжений и токов, поясняющих работу системы бесперебойного электропитания; на фиг. 7, 8, 9, 10 схема алгоритма работы микропроцессора. In FIG. 1 shows a diagram of an uninterruptible power supply system; in FIG. 2, 3 variants of the circuit of the AC-DC converter; in FIG. 4 circuit controlled charger; in FIG. 5, 6 diagrams of voltages and currents explaining the operation of an uninterruptible power supply system; in FIG. 7, 8, 9, 10 diagram of the algorithm of the microprocessor.

Система бесперебойного электропитания (фиг. 1) содержит последовательно соединенные трехполюсный автоматический выключатель 1 (1.1; 1.2), входной фильтр 2 радиопомех и преобразователь переменного напряжения в постоянное 3, инвертор 4 и высокочастотый фильтр 5 с информационным выходом, а также емкостной накопитель 6, измерительный преобразователь 7, блок 8 аккумуляторных батарей, источник 9 питания собственных нужд, систему управления на микропроцессоре 10 с устройством отображения информации, двухобмоточные дроссели 11 и 12, управляемое зарядное устройство 13, управляемое разрядное устройство 14, низкочастотный фильтр 15 и двухвходовое электронное шунтирующее устройство 16. Один из входов электронного шунтирующего устройства 16 подключен к выходу высокочастотного фильтра 5, а другой через низкочастотный фильтр 15 к выходу входного фильтра 2 радиопомех. Выходы электронного шунтирующего устройства 16 образуют первый и второй выходы системы. Выходы и входы управляемых зарядного 13 и разрядного 14 устройств попарно объединены и подключены соответственно ко второму входу преобразователя переменного напряжения в постоянное 3 и через контакт 1.2 трехполюсного автоматического выключателя 1 к блоку 8 аккумуляторных батаей. Один из информационных входов измерительного преобразователя 7 соединен с выходом входного фильтра 2 радиопомех, другой с информационным выходом высокочастотного фильтра 5, третий с информационным выходом блока 8 аккумуляторных батарей и четвертый с информационным выходом источника 9 питания собственных нужд, один из входов которого подключен к выходу входного фильтра 2 радиопомех. Выходы измерительного преобразователя 7 соединены со входом микропроцессора 10, управляющие выходы b, b', c и f плавного пуска и отключения которого подключены к управляющим входам преобразователя переменного напряжения в постоянное 3, инвертора 4 и управляемого зарядного устройства 13, а управляющие выходы d и g коммутации к управляющим входам разрядного устройства 14 и электронного шунтирующего устройства 16. Выход преобразователя переменного напряжения в постоянное 3 и вход инвертора 4 соединены со входом и выходом емкостного накопителя 6 через первичные обмотки двухобмоточных дросселей 11 и 12, один из выводов вторичных обмоток которых подключены к общей шине системы, а другие выводы через диоды подключены ко второму входу источника 9 питания собственных нужд и через контакт трехплюсного выключателя 1 к блоку 8 аккумуляторых батарей. The uninterruptible power supply system (Fig. 1) contains a three-pole circuit breaker 1 (1.1; 1.2) connected in series, an radio interference input filter 2 and an AC / DC converter 3, an inverter 4 and a high-pass filter 5 with an information output, as well as a capacitive storage 6, measuring converter 7, battery pack 8, auxiliary power supply 9, microprocessor control system 10 with information display device, double-wound chokes 11 and 12, controlled by a charger device 13, a controlled discharge device 14, a low-pass filter 15 and a two-input electronic shunt device 16. One of the inputs of the electronic shunt device 16 is connected to the output of the high-pass filter 5, and the other through a low-pass filter 15 to the output of the radio interference input filter 2. The outputs of the electronic shunt device 16 form the first and second outputs of the system. The outputs and inputs of the controlled charging 13 and discharge 14 devices are paired and connected respectively to the second input of the AC / DC converter 3 and through terminal 1.2 of the three-pole circuit breaker 1 to the battery unit 8. One of the information inputs of the measuring transducer 7 is connected to the output of the input filter 2 of the radio noise, the other with the information output of the high-pass filter 5, the third with the information output of the battery unit 8 and the fourth with the information output of the auxiliary power supply 9, one of the inputs of which is connected to the output of the input filter 2 radio interference. The outputs of the measuring transducer 7 are connected to the input of the microprocessor 10, the control outputs b, b ', c and f of soft start and shutdown of which are connected to the control inputs of the AC / DC converter 3, inverter 4 and the controlled charger 13, and the control outputs d and g switching to the control inputs of the discharge device 14 and the electronic shunt device 16. The output of the AC / DC converter 3 and the input of the inverter 4 are connected to the input and output of the capacitive storage 6 Without the primary windings of the double-winding chokes 11 and 12, one of the terminals of the secondary windings of which are connected to the common bus of the system, and the other terminals are connected through diodes to the second input of the auxiliary power supply 9 and through the contact of the three-pole switch 1 to the battery unit 8.

Преобразователь переменного напряжения в постоянное 3 (фиг. 2) содержит последовательно соединенные выпрямитель 17, фильтр 18 и преобразователь 19 повышающего типа, симистор 20, включенный в одну из входных шин переменного тока выпрямителя 17. Преобразователь 19 повышающего типа содержит дроссель 21 и диод 22, которые включены последовательно в одну из шин питания, а к их общей точке подключены последовательно соединенные транзистор 23 и датчик 24 тока, соединенный со второй шиной питания. Шинами питания преобразователя 19 повышающего типа являются выходные шины выпрямителя 17. Выход датчика 24 образует информационный выход преобразователя 19 повышающего типа, управляющий вход транзистора 23 образует его управляющий вход. Преобразователь переменного напряжения в постоянное 3 содержит также двигатель 25 напряжения, шунтирующий выход преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное, первый дифференциальный усилитель 26, один из входов которого соединен с выходом делителя 25 напряжения, а другой предназначен для подключения к источнику опорного напряжения ограничения, второй дифференциальный усилитель 27, один из входов которого предназначен для подключения к задатчику напряжения, а другой образует первый управляющий вход преобразователя переменного напряжения в постоянное 3. Модуляторы 28 и 29 длительности импульсов одними из входов соединены с выходами дифференциальных усилителей 26 и 27 соответственно. Генератор 30 пилообразного напряжения выходом подключен ко вторым входам модуляторов 28 и 29 длительности импульсов. Четырехвходовый логический узел 31 одними из входов соединен с выходами модуляторов 28 и 29 длительности импульсов, третьим входом с информационным выходом преобразователя 19 повышающего типа, а четвертый вход образует второй управляющий вход преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное. Выходы логического узла 31 соединены с управляющими входами преобразователя 19 повышающего типа и симистора 20. Входные шины переменного тока выпрямителя 17 являются входами преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное, выходы преобразователя 19 повышающего типа его выходами, а выход фильтра 18 образует второй вход "k" преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное. The AC / DC converter 3 (Fig. 2) contains a rectifier 17 connected in series, a filter 18 and a boost converter 19, a triac 20 connected to one of the input AC bus bars of the rectifier 17. The boost converter 19 contains a inductor 21 and a diode 22, which are connected in series in one of the power buses, and a transistor 23 and a current sensor 24 connected to the second power bus are connected to their common point. The power lines of the boost converter 19 are the output buses of the rectifier 17. The output of the sensor 24 forms the information output of the boost converter 19, the control input of the transistor 23 forms its control input. The AC / DC converter 3 also contains a voltage motor 25, shunting the output of the AC / DC converter 3, a first differential amplifier 26, one of the inputs of which is connected to the output of a voltage divider 25, and the other is used to connect to a limiting voltage reference, a second differential amplifier 27, one of the inputs of which is designed to be connected to a voltage regulator, and the other forms the first control input of the AC converter voltage in constant 3. Modulators 28 and 29 of the pulse duration of one of the inputs are connected to the outputs of the differential amplifiers 26 and 27, respectively. The sawtooth voltage generator 30 is connected to the second inputs of the pulse width modulators 28 and 29 by the output. The four-input logic node 31 has one of the inputs connected to the outputs of the pulse width modulators 28 and 29, the third input with the information output of the boost converter 19, and the fourth input forms the second control input of the AC / DC converter 3. The outputs of the logical node 31 are connected to the control inputs of the boost converter 19 and the triac 20. The input busbars of the rectifier 17 are the inputs of the AC to DC converter 3, the outputs of the boost converter 19 are its outputs, and the output of the filter 18 forms the second input “k” of the converter 3 AC to DC.

Преобразователь 3 переменного напряжения в постоянное (фиг. 3) содержит выпрямитель 17, последовательно соединенные симистор 20 и первый дроссель 21, включенные в одну из входных шин переменного тока выпрямителя 17, в другую его входную шину переменного тока включен первый датчик 32 тока. Диод 22 включен в одну из выходных шин выпрямителя 17. Последовательно соединенные транзистор 23 и второй датчик 24 тока включены между выходными шинами выпрямителя 17. Делитель 25 напряжения шунтирует выход преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное, который (фиг. 3) содержит также первый дифференциальный усилитель 26, один из входов которого соединен с выходом делителя 25 напряжения, а другой предназначен для подключения к источнику опорного напряжения ограничения. Второй дифференциальный усилитель 27, один из входов которого предназначен для подключения к задатчику напряжения, а другой образует первый управляющий вход преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное, модулятора 28 и 29 длительности импульсов, генератор 30 пилооб- разного напряжения. Четырехвходовый логический узел 31 выходами подключен к управляющим входам транзистора 23 и симистора 20, одними из входов к выходам модуляторов 28 и 29 длительности импульсов, третьим входом к второму датчику 24 тока, а четвертый его вход образует второй управляющий вход образует второй управляющий вход преобразователя переменного напряжения в постоянное. Преобразователь 3 переменного напряжения в постоянное (фиг. 3) содержит также последовательно соединенные умножающий цифроаналоговый преобразователь 33 и третий дифференциальный усилитель 34, последовательно соединенные постоянное запоминающее устройство 35, счетчик 36, синхронизатор 37 и согласующий трансформатор 38, связанный со входом входного преобразователя 3. Задающий генератор 39 выходом соединен с счетным входом счетчика 36, а прецизионный выпрямитель 40 включен между первым датчиком 32 тока и вторым входом третьего дифференциального усилителя 34. Дроссель 41 одним выводом соединен с одной из выходных шин выпрямителя 17, а другой образует второй вход преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное. Выходы постоянного запоминающего устройства 35 подключены к информационным входам умножающего цифроаналогового преобразователя 33. Первые входы первого 28 и второго 29 модуляторов длительности импульсов соединены с выходами третьего 34 и второго 27 дифференциальных усилителей соответственно, а вторые их входы объединены и подключены к выходу генератора 30 пилообразного напряжения. The AC to DC converter 3 (Fig. 3) comprises a rectifier 17 connected in series to the triac 20 and a first inductor 21 included in one of the input AC busbars of the rectifier 17, and a first current sensor 32 is included in its other input AC bus. A diode 22 is included in one of the output busbars of the rectifier 17. Serially connected transistor 23 and a second current sensor 24 are connected between the output buses of the rectifier 17. The voltage divider 25 shunts the output of the AC / DC converter 3, which (Fig. 3) also contains a first differential amplifier 26, one of the inputs of which is connected to the output of the voltage divider 25, and the other is designed to be connected to a limiting voltage reference source. The second differential amplifier 27, one of the inputs of which is designed to be connected to a voltage regulator, and the other forms the first control input of an AC / DC converter 3, a pulse width modulator 28 and 29, and a saw-shaped voltage generator 30. The four-input logic node 31 has outputs connected to the control inputs of the transistor 23 and triac 20, one of the inputs to the outputs of the pulse width modulators 28 and 29, the third input to the second current sensor 24, and its fourth input forms the second control input forms the second control input of the AC voltage converter in constant. The AC / DC converter 3 (Fig. 3) also contains a series-connected multiplying digital-to-analog converter 33 and a third differential amplifier 34, a series-connected permanent storage device 35, a counter 36, a synchronizer 37, and a matching transformer 38 connected to the input of the input converter 3. The master an output generator 39 is connected to the counting input of the counter 36, and a precision rectifier 40 is connected between the first current sensor 32 and the second input of the third differential amplifier 34. The inductor 41 is connected with one output to one of the output buses of the rectifier 17, and the other forms the second input of the AC / DC converter 3. The outputs of the permanent storage device 35 are connected to the information inputs of the multiplying digital-to-analog converter 33. The first inputs of the first 28 and second 29 pulse width modulators are connected to the outputs of the third 34 and second 27 differential amplifiers, respectively, and their second inputs are combined and connected to the output of the sawtooth voltage generator 30.

На фиг. 4 приняты следующие обозначения: 42, 43 дфференциальные усилители с источниками задающих сигналов, 44, 45 компараторы, 46 трехвходовый логический элемент И, 47 датчик тока заряда, 48 генератор пилообразного напряжения, 49 инвертирующий усилитель, 50 силовая цепь, выполненная, например, на транзисторе. In FIG. 4, the following designations are accepted: 42, 43 differential amplifiers with sources of driving signals, 44, 45 comparators, 46 three-input logic element And, 47 charge current sensor, 48 sawtooth voltage generator, 49 inverting amplifier, 50 power circuit, made, for example, on a transistor .

На фиг. 5, 6 приняты следующие обозначения: 51 напряжение питающей сети, 52 информационный сигнал о состоянии источника 9 питания собственных нужд, 53 сигнал управления симистором 20, 54 сигнал управления транзистором 23 преобразователя 19 повышающего типа, 55 сигнал управления управляемым зарядным устройством 13, 56 выходное напряжение фильтра 18 преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное, 57 напряжение емкостного накопителя 6, 58 выходное напряжение высокочастотного фильтра 5, 59 сигнал управления управляемым разрядным устройством 14, 60 ток аккумуляторной батареи 8, 61 потребляемый из сети ток преобразователем 3 переменного напряжения в постоянное на фиг. 2, 62 потребляемый из сети ток преобразователем 3 переменного напряжения в постоянное на фиг. 3, 63 выходное напряжение генератора пилообразного напряжения 48, 64 выходной сигнал ошибки дифференциального усилителя 42, 65 выходное напряжение компаратора 44, 66 выходное напряжение инвертирующего усилителя 49, 67 выходной сигнал ошибки дифференциального усилителя 43, 68 выходное напряжение компаратора 45, 69 выходное напряжение логического элемента 46. In FIG. 5, 6 the following designations are accepted: 51 voltage of the mains supply, 52 information signal about the state of the auxiliary power source 9, 53 control signal of the triac 20, 54 control signal of the transistor 23 of the boost converter 19, 55 control signal of the controlled charger 13, 56 output voltage filter 18 of the converter 3 AC to DC, 57 voltage of the capacitive storage 6, 58 output voltage of the high-pass filter 5, 59 control signal of a controlled discharge device 14, 60 battery current of a nuclear battery 8, 61, the current consumed from the mains by the AC / DC converter 3 in FIG. 2, 62, the current consumed from the network by the AC / DC converter 3 in FIG. 3, 63 output voltage of sawtooth generator 48, 64 error output signal of differential amplifier 42, 65 output voltage of comparator 44, 66 output voltage of inverting amplifier 49, 67 error output of differential amplifier 43, 68 output voltage of comparator 45, 69 output voltage of logic element 46.

Входной фильтр 2 радиопомех может быть выполнен по любой из известных схем с режекторным дросселем (см. например Гурвич И.С. Защита ЭВМ от внешних помех. М. Энергоатомиздат, 1984. 210-212 с. рис.8.6), который может быть дополнен быстродействующим ограничителем напряжения для защиты от импульсных перенапряжений малой длительности. The input filter 2 of the radio noise can be performed according to any of the known schemes with a notch choke (see, for example, IS Gurvich. Computer protection from external interference. M. Energoatomizdat, 1984. 210-212 p. Fig. 8.5), which can be supplemented fast-acting voltage limiter for protection against short-duration surge voltages.

Низкочастотный фильтр 15 и высокочастотный фильтр 5 также могут быть выполнены на любой из известных схем сглаживающих LC-фильтров, обеспечивающих требуемое качество выходного напряжения при известных искажениях на его входе (см. например Кобзев А.В. Михальченко Г.Я. Музыченко Н.М. Модуляционные источники питания РЭА. Томск: Радио и связь, 1990. 134-149 с.). The low-pass filter 15 and the high-pass filter 5 can also be performed on any of the known schemes of smoothing LC filters, providing the required quality of the output voltage with known distortions at its input (see, for example, Kobzev A.V. Mikhalchenko G.Ya. Muzychenko N.M. Modulating Power Supplies for CEA, Tomsk: Radio and Communications, 1990. 134-149 p.).

Инвертор 4 может быть выполнен по мостовой схеме на транзисторах, шунтированных обратными диодами, или на основе диодно-транзисторных модулей типа МТКД, преобразующий постоянное напряжение в переменное с широтно-импульсной модуляцией (см. например, кн. В.С.Моин. Стабилизированные транзисторные преобразователи. М. Энергоатомиздат, 1986, с.18, рис.1.8, с.47-48, с.82, рис. 3.1). The inverter 4 can be performed on a bridge circuit on transistors shunted by reverse diodes, or on the basis of MTKD diode-transistor modules, which converts DC voltage to AC with pulse-width modulation (see, for example, Prince V.S. Moin. Stabilized transistor converters M. Energoatomizdat, 1986, p. 18, fig. 1.8, p. 47-48, p. 82, fig. 3.1).

Электронное шунтирующее устройство 16 может быть выполнено на основе симисторов и обеспечивает переход на питание от сети при выходе из строя элементов преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное, инвертора 4, управляемого разрядного устройства 14, либо профилактических работах. The electronic shunt device 16 can be made on the basis of triacs and provides a transition to power from the network in case of failure of the elements of the AC / DC converter 3, the inverter 4, the controlled discharge device 14, or preventive maintenance.

Источник 9 питания собственных нужд может быть выполнен, например, по а. в. СССР N 1001040, кл. G 05 F 1/44 или по схеме с промежуточным звеном постоянного тока, к которому через диод подключается аккумуляторная батарея 8. The auxiliary power supply 9 can be performed, for example, by a. in. USSR N 1001040, class G 05 F 1/44 or according to the scheme with an intermediate DC link to which a rechargeable battery 8 is connected via a diode.

Силовая цепь управляемого зарядного устройства 13 может быть выполнена по известной схеме одноключевого импульсного понижающего регулятора (см. например, Четти П. Проектирование ключевых источников электропитания. М. Энергоиздат, 1990, с.206, рис.7.5), а система управления таким регулятором приведена на фиг. 4 настоящего описания. The power circuit of a controlled charger 13 can be performed according to the well-known scheme of a single-key pulse step-down regulator (see, for example, Chetti P. Design of key power sources. M. Energoizdat, 1990, p.206, Fig. 7.5), and the control system for such a regulator is shown in FIG. 4 of the present description.

Управляемое разрядное устройство 14 может быть выполнено по любой из известных схем с повышением напряжения, например по схеме фиг. 2, где дроссель 21 подключается к аккумуляторной батарее 8, либо на основе трансформаторного инвертора тока или напряжения. В тех случаях, когда напряжение аккумуляторных батарей 8 превышает 120-150 В, в качестве разрядного устройства может быть использован транзисторный или тиристорный ключ, а в простейшем случае даже диод. The controllable discharge device 14 can be made according to any of the known voltage-increasing circuits, for example, according to the circuit of FIG. 2, where the inductor 21 is connected to the battery 8, either based on a transformer inverter for current or voltage. In cases where the voltage of the batteries 8 exceeds 120-150 V, a transistor or thyristor switch, and in the simplest case even a diode, can be used as a discharge device.

Измерительный преобразователь 7 представляет собой делитель напряжения (трансформаторный с прецизионным выпрямителем для контроля переменного напряжения входного и выходного по цепи h), или резистивные делители для контроля постоянного напряжения, аналоговый коммутатор, например, на микросхемах КР590КН6 и аналого-цифровой преобразователь, например 1113ПВ1). Примеры конкретного исполнения можно найти, например, в кн. А.-Й.К.Маркинчавичус и др. Бытродействующие интегральные микросхемы ЦАП и АЦП. М. Радио и связь, 1988. 224 с. А.В.Кобзев и др. Стабилизаторы переменного напряжения с высокочастотным широтно-импульсным регулированием. М. Энергоатомиздат, 1986. 35-39 с. и др. The measuring transducer 7 is a voltage divider (transformer with a precision rectifier for controlling the alternating voltage of the input and output circuits h), or resistive dividers for controlling the direct voltage, an analog switch, for example, on KP590KN6 microcircuits, and an analog-to-digital converter, for example 1113ПВ1). Examples of specific performance can be found, for example, in the book. A.-Y.K. Markinchavichus et al. Fast-acting integrated circuits of DAC and ADC. M. Radio and Communications, 1988. 224 p. A.V. Kobzev et al. AC voltage stabilizers with high-frequency pulse-width regulation. M. Energoatomizdat, 1986. 35-39 p. and etc.

Микропроцессор 10 может быть выполнен на основе однокристальной микроЭВМ типа 1816ВЕ035, 1816ВЕ048 или 1816ВЕ051 (см. например, Каган В.М. Сташин В. В. Основы проектирования микропроцессорных устройств автоматики. М. Энергоатомиздат, 1987, 84-133 с. и др.). Microprocessor 10 can be made on the basis of a single-chip microcomputer of type 1816BE035, 1816BE048 or 1816BE051 (see, for example, Kagan V.M. Stashin V.V. Fundamentals of designing microprocessor automation devices. M. Energoatomizdat, 1987, 84-133 pp. And others. )

Система бесперебойного электропитания работает следующим образом. The uninterruptible power system operates as follows.

При подключении системы к питающей сети и включении автоматического выключателя 1 (фиг. 1) напряжение 51 (фиг. 5) питающей сети подается через входной фильтр 2 радиопомех на входы преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное, источник 9 питания собственных нужд и измерительного преобразователя 7 и одновременно через низкочасотный фильтр 15 на вход электронного шунтирующего устройства 16 и выходные выводы канала питания периферийных устройств микрокомпьютерной техники (Вых. 1). Кроме того, один из полюсов 1.2 автоматического выключателя 1 подключает аккумуляторную батарею 8 к выходу управляемого зарядного устройства 13 и к выходу управляемого разрядного устройства 14. Информация о выходных напряжениях источника 9 питания собственных нужд поступает на вход измерительного преобразователя 7, который контролирует их величину и формирует в момент времени t₁ (фиг. 5) информационный сигнал 52 о состоянии источника 9, поступающий на вход микропроцессора 10. До этого момента времени микропроцессор 10 формирует сигналы 53, 54, 55, 59 нулевого уровня, запрещающие включение какого-либо блока системы. В момент времени t₁ реализуется диагностический участок программы, согласно которого контролируется состояние элементов блока аккумуляторных батарей 8 и питающей сети. Если параметры последних находятся в зоне допустимых значений, формируется сигнал 53 управления симистором 20 и реализуется первая стадия "мягкого" пуска системы. В интервале времени t₂-t₃ плавно увеличивается длительность управляющих импульсов симистора 20 и напряжения 56 на выходе выпрямителя 17 с фильтром 18 (фиг. 2) и напряжение 57 емкостного накопителя 6 также плавно нарастает, ограничивая тем самым величину потребляемого из сети тока 61. При достижении выходного напряжения 56 фильтра 18 своего устанановшегося значения формируется сигнал управления 54 транзистором 23 преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное (фиг. 2, 3), который в интервале времени t₃-t₄ реализует вторую стадию "мягкого" пуска системы. Длительность управляющих импульсов транзистора 23 преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное плавно увеличивается, осущетвляя дозаряд напряжения 57 емкостного накопителя 6 до требуемой величины с ограничением потребляемого тока 61. Одновременно в момент времени t₃ формируется сигнал на включение инвертора 4 с широтно-импульсной модуляцией и выходное напряжение 58 высокочастотного фильтра 5 увеличивается до своего номинального значения. Стабилизация этого напряжения осуществляется по сигналу h (фиг. 1), действующему на инфомационном выходе высокочастотного фильтра 5. Преобразованный измерительным преобразователем 7 в постоянное напряжение этот сигнал с выхода "b" микропроцессора 10 поступает на вход второго дифференциального усилителя 27 (фиг. 2, 3) преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное, где сравнивается с задающим напряжением U_зад и в виде сигнала ошибки поступает на один из входов модулятора длительности импульсов 29. Выходные импульсы этого модулятора 29 подаются на один из входов логического узла 31. В исходном состоянии, если отсутствует сигнал перегрузки по току, снимаемый с датчика 24 тока, и напряжение с выхода делителя 25 значительно отличается от опорного напряжения ограничения U_огр (при этом дифференциальный усилитель 26 насыщен и на его выходе напряжение превосходит амплитуду пилообразного напряжения генертатора 30, а на выходе модулятора 28 длительности импульсов напряжение соответствует уровню логической единицы), на остальных входах логического узла 31 действуют уровни логической единицы, разрешающие прохождение импульсов модулятора 29 на управление транзистором 23, поддерживая на выходе преобразователя 3 переменого напряжения в постоянное напряжение, соответствующее стабильному напряжению на выходе высокочастотного фильтра 5.When connecting the system to the mains and turning on the circuit breaker 1 (Fig. 1), the voltage 51 (Fig. 5) of the mains is supplied through the input filter 2 of the radio noise to the inputs of the AC converter 3 to DC, the auxiliary power supply 9 and the measuring transducer 7 and simultaneously through a low-pass filter 15 to the input of the electronic shunt device 16 and the output terminals of the power channel of peripheral devices of microcomputer technology (Output 1). In addition, one of the poles 1.2 of the circuit breaker 1 connects the battery 8 to the output of the controlled charging device 13 and to the output of the controlled discharge device 14. Information about the output voltages of the auxiliary power supply 9 is supplied to the input of the measuring transducer 7, which controls their size and generates at time t ₁ (Fig. 5), an information signal 52 about the state of source 9 arriving at the input of microprocessor 10. Up to this point in time, microprocessor 10 generates signals 53, 54, 55, 59 n level level, prohibiting the inclusion of any unit of the system. At time t ₁ , the diagnostic section of the program is implemented, according to which the state of the elements of the battery pack 8 and the supply network is monitored. If the parameters of the latter are in the range of permissible values, the control signal 53 of the triac 20 is generated and the first stage of the soft start of the system is implemented. In the time interval t ₂ -t ₃ , the duration of the control pulses of the triac 20 and the voltage 56 at the output of the rectifier 17 with the filter 18 (Fig. 2) gradually increases, and the voltage 57 of the capacitive storage 6 also gradually increases, thereby limiting the amount of current 61 consumed from the network. When reaching the filter 56 the output voltage 18 of its ustananovshegosya value converter 54 is formed by transistor control signal 23 3 AC to DC (FIGS. 2, 3), which in t ₃ -t ₄ time interval implements the second step of "soft" starting with tem. The duration of the control pulses of the transistor 23 of the AC-to-DC converter 3 gradually increases, realizing a charge of voltage 57 of the capacitive storage 6 to the desired value with a limitation of the consumed current 61. At the same time, at time t ₃ , a signal is generated to turn on the inverter 4 with pulse-width modulation and the output voltage 58 high-pass filter 5 increases to its nominal value. This voltage is stabilized by the signal h (Fig. 1) acting on the infomation output of the high-pass filter 5. Converted by the measuring transducer 7 to a constant voltage, this signal from the output "b" of the microprocessor 10 is fed to the input of the second differential amplifier 27 (Fig. 2, 3 ) converter 3 AC to DC, where it is compared with the reference voltage U _ass and in the form of an error signal is supplied to one of the inputs of the modulator pulse duration 29. The output pulses of this modulator 29 under are fed to one of the inputs of the logical node 31. In the initial state, if there is no current overload signal detected from the current sensor 24 and the voltage from the output of the divider 25 is significantly different from the reference voltage of the limitation U _ogr (the differential amplifier 26 is also saturated with the output voltage exceeds the amplitude of the sawtooth voltage of the oscillator 30, and the output of the modulator 28 of the pulse duration, the voltage corresponds to the level of the logical unit), the remaining units of the logical node 31 are the levels of logical units Nica allowing passage of the pulse modulator 29 to control transistor 23, maintaining the output transducer 3 AC voltage into a DC voltage corresponding to a stable voltage at the output of the high pass filter 5.

В случае перегрузки транзистора 23, инвертора 4 или системы бесперебойного питания по "Вых. 2" ток будет ограничиваться за счет снижения напряжения на емкостном накопителе 6 и на выходе системы, снижая тем самым сигнал обратной связи на входе "b" преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное. Напряжение ошибки на выходе дифференциального усилителя 27 начнет возрастать, стремясь увеличить длительность импульсов модулятора 29 длительности импульсов и, следовательно, напряжения на емкостном накопителе 6. При этом возрастает напряжение, снимаемое с делителя 25 и при приближении его к уровни опорного напряжения ограничения U_огр дифференциальный усилитель 26 выходит из насыщения, его выходное напряжение входит в зону изменения пилообразного напряжения генератора 30 и на выходе модулятора 28 длительности импульсов формируются импульсы, длительность которых будет уменьшаться до тех пор, пока дифференциальный усилитель 27 не насытится и относительная длительность импульсов модулятора 29 не станет равной единице. С этого момента обратная связь по выходному напряжению системы размыкается и замыкается обратная связь по напряжению на емкостном накопителе 6 (по напряжению на делителе 25), обеспечивая ограничение величины напряжения на входе инвертора, а величина тока нагрузки будет определяться внутренним контуром токоограничения.In the event of an overload of the transistor 23, inverter 4 or uninterruptible power supply system according to “Output 2”, the current will be limited by reducing the voltage on the capacitive storage 6 and the output of the system, thereby reducing the feedback signal at the input “b” of the AC converter 3 constant. The error voltage at the output of the differential amplifier 27 will begin to increase, trying to increase the pulse width of the modulator 29 of the pulse duration and, consequently, the voltage on the capacitive storage 6. In this case, the voltage removed from the divider 25 increases and when it approaches the reference voltage levels of the limitation U _og differential amplifier 26 goes out of saturation, its output voltage enters the sawtooth voltage variation zone of the generator 30, and a pulse is formed at the output of the pulse duration modulator 28 sys, the duration of which will decrease until the differential amplifier 27 is saturated and the relative pulse duration of the modulator 29 becomes equal to unity. From this moment, the feedback on the system output voltage opens and the voltage feedback on the capacitive storage 6 closes (on the voltage on the divider 25), providing a limitation of the voltage at the inverter input, and the load current will be determined by the internal current limiting circuit.

Таким образом, в любом из перечисленных режимов выходные импульсы четырехвходового логического узла 31 поступают на управление транзисторов 23. Последний подключает дроссель 21 (транзистор 23 открыт и насыщен) к выходу фильтра 18. Под действием напряжения 56 в дросселе запасается энергия, которая при запирании транзистора 23 через диод 22 и первичную обмотку дросселя 11 передается в емкостной накопитель 6, осуществляя поддержание напряжения 57 на требуемом уровне. Поскольку ток в диоде 22 непрерывен, то при включении транзистора 23 на время рассасывания неосновных носителей диода образуется контур протекания сквозного неконтролируемого тока, для ограничения величины которого введен насыщающийся дроссель 11. На интервале рассасывания упомянутых носителей напряжение емкостного накопителя 6 прикладывается к дросселю 11, ток ограничвается, диод вторичной обмотки дросселя заперт, а после рассасывания неосновных носителей в диоде 22 дроссель 11 насыщается. При выключении транзистора 23 (фиг. 2) током дросселя 21 перемагничивается дроссель 11, но поскольку диод вторичной обмотки открывается, величина напряжения на его вторичной (и первичной) обмотке ограничивается на уровне напряжения источника 9 питания собственных нужд (аккумуляторной батареи 10). Энергия, накопленная в дросселе 11, на этапе рассасывания носителей диода 22, отдается в источник 9 питания собственных нужд, снижая тем самым и ток, потребляемый этим источником из питающей сети. Thus, in any of the listed modes, the output pulses of the four-input logic node 31 are supplied to the control of transistors 23. The latter connects the inductor 21 (transistor 23 is open and saturated) to the output of the filter 18. Under the influence of voltage 56, the energy is stored in the inductor, which, when the transistor 23 is turned off, is stored through the diode 22 and the primary winding of the inductor 11 is transmitted to the capacitive storage 6, maintaining the voltage 57 at the required level. Since the current in the diode 22 is continuous, when the transistor 23 is turned on while the minority carriers of the diode are resorbed, a through loop of uncontrolled current flows, to limit the value of which a saturable inductor 11 is introduced. The capacitive storage voltage 6 is applied to the inductor 11 in the resorption interval of the aforementioned carriers, the current is limited , the diode of the secondary winding of the inductor is locked, and after the resorption of minority carriers in the diode 22, the inductor 11 is saturated. When the transistor 23 (Fig. 2) is turned off, the inductor 11 is reversed by the current of the inductor 21, but since the diode of the secondary winding opens, the voltage on its secondary (and primary) winding is limited to the voltage level of the auxiliary power supply 9 (battery 10). The energy stored in the inductor 11, at the stage of resorption of the carriers of the diode 22, is given to the auxiliary power supply 9, thereby reducing the current consumed by this source from the supply network.

Если в процессе пуска преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное или в процессе работы ток через транзистор 23 начнет превышать установленное значение, сигнал с датчика 23 тока ограничит длительность открытого состояния транзистора 23, реализуя тем самым режим "токоограничения". If during the start-up of the AC / DC converter 3 or during operation, the current through the transistor 23 begins to exceed the set value, the signal from the current sensor 23 will limit the duration of the open state of the transistor 23, thereby realizing the "current limiting" mode.

Если напряжение аккумуляторных батарей 8 находится ниже его максимального значения, с момента времени t₄ формируется сигнал 55 на включение управляемого зарядного устройства 13, реализующий третий этап "мягкого" пуска системы. Длительность управляющих импульсов регулирующего транзистора силовой цепи управляемого зарядного устройства 13 плавно увеличивается и также плавно нарастает ток заряда аккумуляторных батарей 8 и одновременно огианичивается величина потребляемого из сети этим устройством тока. Последующие режимы работы управляемого зарядного устройства 13 поясняются фиг. 4 и 6. Заряд аккумуляторов осуществляется постоянным током с переходом в режим стабилизации напряжения. С момента времени t5 (фиг. 5) устанавливается постоянная величина зарядного тока (положительные полуволны эпюры 60) и величина сигнала ошибки 64 на фиг. 6 (равная разности между заданием на ток j_зад и текущим значением тока заряда i_зар (фиг. 4) до момента времени t₁ не изменяется. При этом на выходе компаратора 44 действует импульсная последовательность 65, определяемая как результат сравнения пилообразного напряжения 63 с выхода генератора 48 и сигнал ошибки 64. Величина задающего напряжения U_зад и текущего значения напряжения на аккумуляторной батарее 8 таковы, что дифференциальный усилитель 43 насыщен и его выходное напряжение 67 в этом интервале времени максимально. На выходе компаратора 45 сигнал соответствует уровню логической единицы, а на выходе логического элемента 46 действуют импульсы 69.If the voltage of the batteries 8 is below its maximum value, from time t ₄ a signal 55 is generated to turn on the controlled charger 13, which implements the third stage of the soft start of the system. The duration of the control pulses of the control transistor of the power circuit of the controlled charging device 13 gradually increases and the charge current of the batteries 8 also gradually increases and the current consumption from the network is limited. Subsequent operation modes of the controlled charger 13 are illustrated in FIG. 4 and 6. The batteries are charged with direct current with the transition to voltage stabilization mode. From time t5 (FIG. 5), a constant value of the charging current (positive half-waves of the plot 60) and the value of the error signal 64 in FIG. 6 (equal to the difference between the reference to the current j _backside and the current charge current value i _charge (FIG. 4) until time t ₁ does not change. At the output of the comparator 44 operates a pulse train 65, defined as the result of comparing the sawtooth voltage 63 from the output generator 48 and an error signal 64. The value of the reference voltage U _ass and the current voltage value on the battery 8 are such that the differential amplifier 43 is saturated and its output voltage 67 is maximum in this time interval. cash corresponds to the level of a logical unit, and at the output of a logical element 46, pulses 69 act.

По мере заряда аккумуляторных батарей 8 их выходное напряжение растет и с некоторого момента времени (t₆ на фиг. 5 и t₁ на фиг. 6) выходное напряжение 67 дифференциального усилителя 43 начинает уменьшаться, при этом на выходе компаратора 45 появляются нулевые паузы, но поскольку развертывающее напряжение на его входе имеет спадающую форму (например, напряжение 63 инвертируется), то длительность импульсов 65 по переднему фронту уменьшается. Этот процесс продолжается до тех пор, пока дифференциальный усилитель 49 не нассыщается (момент времени t₃ фиг. 6). С этого момента управляемое зарядное устройство 13 переходит в режим стабилизации напряжения, а ток заряда снижается до величины, компенсирующей ток саморазряда аккумуляторов (интервал времени t₆-t₇ на фиг. 5). В таком режиме работы микропроцессор 10 осуществляет контроль напряжения питающей сети и элементов аккумуляторных батарей 8, а также выполняет функции диагностического устройства всех блоков системы. При нарушении рабочих режимов любого из блоков, а также отклонение напряжений источника 9 питания собственных нужд, микропроцессор 10 выключает все блоки и включает электронное шунтирующее устройство 16, подключая выходные выводы (Вых. 2) к выходу низкочастотного фильтра 16 и обеспечивает нагрузку нестабильным напряжением сети. В частности отключение управляемого зарядного устройства 13 осуществляется логическим сигналом, поступающим на вход "f" логического элемента 46.As the batteries 8 are charged, their output voltage increases and from a certain point in time (t ₆ in Fig. 5 and t ₁ in Fig. 6), the output voltage 67 of the differential amplifier 43 starts to decrease, and zero pauses appear at the output of the comparator 45, but since the deployment voltage at its input has a falling shape (for example, voltage 63 is inverted), the duration of the pulses 65 along the leading edge decreases. This process continues until the differential amplifier 49 is saturated (time t _{3 of} FIG. 6). From this moment, the controlled charger 13 enters the voltage stabilization mode, and the charge current decreases to a value that compensates for the self-discharge current of the batteries (time interval t ₆ -t ₇ in Fig. 5). In this mode of operation, the microprocessor 10 monitors the voltage of the supply network and the battery cells 8, and also performs the functions of a diagnostic device of all system units. In case of violation of the operating modes of any of the blocks, as well as deviation of the voltage of the auxiliary power supply 9, the microprocessor 10 turns off all the blocks and turns on the electronic shunt device 16, connecting the output terminals (Output 2) to the output of the low-pass filter 16 and provides the load with an unstable mains voltage. In particular, the controlled charger 13 is switched off by a logic signal supplied to the input “f” of the logic element 46.

Пусть в момент времени t₇ (фиг. 5) входное напряжение 51 скачком увеливается выше установленного предела. Микропроцессор 10 отключает управляемое зарядное устройство 13, симистор 20 преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное и включает управляемое разрядное устройство 14. Симистор 20 выключается и напряжение на входе выпрямителя 17 преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное становится равным нулю. Аккумуляторная батарея 8 начинает через управляемое разрядное устройство 14 разряжаться на нагрузку. На фиг. 5 условно показано, что напряжение 56 при этом возрастает. Поскольку управляемое разрядное устройство 14 подключено ко входу "k" стабилизированного преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное, то его выходное напряжение 57 остается неизменным и, следовательно, стабилизируется и выходное напряжение 58 системы. Время включения разрядного устройства 14 составляет единицы микросекунд, а энергия, запасенная в емкостном накопителе 6, достигает сотен джоулей, поэтому переходные процессы на выходе системы практически отсутствуют и нагрузка питается стабильным напряжением без перерывов в энергообеспечении. По мере разряда аккумуляторных батарей 8 увеличивается величина разрядного тока 60 (отрицательные участки эпюры 60 на фиг. 5).Suppose that at time t ₇ (Fig. 5), the input voltage 51 abruptly increases above the set limit. The microprocessor 10 turns off the controlled charger 13, the triac 20 of the AC / DC converter 3 and turns on the controlled discharge device 14. The triac 20 turns off and the voltage at the input of the rectifier 17 of the AC / DC converter 3 becomes equal to zero. The battery 8 begins to discharge through the controlled discharge device 14 to the load. In FIG. 5, it is conventionally shown that the voltage 56 increases in this case. Since the controlled discharge device 14 is connected to the input "k" of the stabilized AC / DC converter 3, its output voltage 57 remains unchanged and, therefore, the output voltage of the system 58 is also stabilized. The on-time of the discharge device 14 is a few microseconds, and the energy stored in the capacitive storage 6 reaches hundreds of joules, so there are practically no transients at the system output and the load is supplied with a stable voltage without interruptions in power supply. As the batteries 8 discharge, the magnitude of the discharge current 60 increases (negative portions of the plot 60 in FIG. 5).

Если в момент времени t₈ напряжение сети 51 уменьшается, например, до своего номинального значения, микропроцессор 10 включают симистор 20, преобразователь 3 переменного напряжения в постоянное, но поскольку емкости фильтра 18 и емкостной накопитель 6 заряжены, то ударных токов заряда не развивается и предвключенных индуктивностей фильтров 2 и 18 достаточно, чтобы ограничить броски тока 61 в интервале времени t₈-t₉. Одновременно отключается сигналом 59 управляемое разрядное устройство 14 и синалом 55 плавно включается управляемое зарядное устройство 13, осуществляя дозаряд аккумуляторных батарей 8.If at time t _{8 the} voltage of the network 51 decreases, for example, to its nominal value, the microprocessor 10 includes a triac 20, an AC / DC converter 3, but since the capacitance of the filter 18 and the capacitive storage 6 are charged, then the shock currents of the charge do not develop the inductances of the filters 2 and 18 are enough to limit the inrush current 61 in the time interval t ₈ -t ₉ . At the same time, the controlled discharge device 14 is turned off by the signal 59 and the controlled charger 13 is smoothly turned on by the sinal 55, recharging the batteries 8.

Если напряжение питающей сети 51 скачком снижается ниже установленного предела (интервал времени t₉-t₁₀) происходит отключение управляемого зарядного устройство 13, включается управляемое разрядное устройство 14 и описанные выше процессы повторяются, но симистор 20 не выключается, так как в таком режиме автоматически запирается выпрямитель 17 преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное.If the voltage of the supply network 51 abruptly drops below the set limit (time interval t ₉ -t ₁₀ ), the controlled charger 13 is turned off, the managed discharge device 14 is turned on, and the above processes are repeated, but the triac 20 does not turn off, since in this mode it is automatically locked rectifier 17 of the Converter 3 AC to DC.

И наконец, пусть в момент времени t₁₁ напряжение питающей сети скачком уменьшается до нуля. При этом нагрузка питается от аккумуляторных батарей 8 до тех пор, пока напряжение на них не достигнет минимально допустимого значения. Микропроцессор 10 отключает симистор 20 преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное, управляемое разрядное устройство 14 и инвертор 4. Напряжения 56, 57 и 58 становятся равными нулю и система гарантированного энергообеспечения отключается. Ток 60 аккумуляторной батареи 8 снижается до минимального значения, равного потребляемому току микропроцессора 10, который переходит в дежурный режим. Для исключения перезаряда аккумуляторных батарей 8 необходимо отключить автоматический выключатель 1, который разрывавет цепь питания источника 9 питания собственных нужд от аккумуляторных батарей 8 и от питающей сети.And finally, let at time t _{11 the} voltage of the supply network decreases abruptly to zero. When this load is powered by batteries 8 until then, until the voltage on them reaches the minimum permissible value. The microprocessor 10 turns off the triac 20 of the AC converter 3 to a constant, controlled discharge device 14 and inverter 4. The voltages 56, 57 and 58 become zero and the guaranteed power supply system is turned off. The current 60 of the battery 8 is reduced to a minimum value equal to the consumed current of the microprocessor 10, which goes into standby mode. To avoid overcharging the batteries 8, it is necessary to disconnect the circuit breaker 1, which breaks the power supply circuit of the auxiliary power source 9 from the batteries 8 and from the mains.

Преобразователь 3 переменного напряжения в постоянное, выполненный на фиг. 2, характеризуется низкой электромагнитной совместимостью с питающей сетью, так как потребляемый из сети ток 61 имеет ярко выраженную несинусоидальную форму, что сопровождается ростом амплитуды этого тока и генерированием в сеть высокочастотных гармоник. The AC / DC converter 3 of FIG. 2, is characterized by low electromagnetic compatibility with the supply network, since the current 61 consumed from the network has a pronounced non-sinusoidal shape, which is accompanied by an increase in the amplitude of this current and the generation of high-frequency harmonics in the network.

Преобразователь 3 переменного напряжения в постоянное на фиг. 3 работает следующим образом. В интервале времени t₂-t₃ (фиг. 5) реализуется первая стадия "мягкого" пуска системы как и ранее плавным увеличением длительности проводящего состояния симистора 20. В момент времени t₃ по сигналу с микропроцессора 10 начинает плавно увеличиваться величина опорного напряжения ограничения U_огр дифференциального усилителя 26 и его выходное напряжение ошибки, действующее на входе умножающего цифроаналогового преобразователя 33. До этого момента в исходном состоянии импульсы задающего генератора 39 заполняли счетчик 36, который обнуляется с частотой питающей сети импульсами с выхода синхронизатора 37 в моменты перехода напряжения на обмотках трансформатора 38 через нулевое значение. Линейно нарастающий код на выходе счетчика 36 поступает на адресные входы постоянного запоминающего устройства 35, с выхода которого считывается код, изменяющийся по закону "модуль синуса" питающей сети. Поскольку сигнал ошибки дифференциального усилителя 26 был равен нулю, то и выходное напряжение умножающего цифроаналогового преобразователя 33 было равно нулю. По этой причине было равно нулю или имело отрицательную полярность и выходное напряжение дифференциального усилителя 34, несмотря на протекание через первый датчик 32 тока зарядного тока емкостного накопителя 6. Длительность импульсов модулятора 28 длительности импульсов также была равна нулю, поэтому в интервале времени t₁-t₂ транзистор 23 закрыт. С момента времени t₂ начинает возрастать амплитуда выходного напряжения умножающего цифроаналогового преобразователя 33, которое является задающим для контура регулирования тока. По мере роста этого напряжения возрастает и сигнал ошибки на выходе дифференциального усилителя 34 и, следовательно, длительности импульсов на выходе модулятора 28 длительности импульсов. Управляющие импульсы с выхода логического узла 31, длительность которых изменяется по синусоидальному закону, определяют режим работы транзистора 23. При включении транзистора 23 дроссель 21 подключается к напряжению питающей сети, запасая энергию, а при его выключении ток, протекающий в дросселе, замыкается по цепи: дроссель 21 выпрямитель 17 диод 22 дроссель 11 емкостный накопитель 6 выпрямитель 17 датчик 32 тока питающая сеть, заряжая конденсатор накопителя. Напряжение 57 на нем возрастает как показано на фиг. 5. При достижении напряжением 57 заданного значения оно стабилизируется, стабилизируется и задающее напряжение на ток (выходное напряжение преобразователя 33) и упомянутый контур тока стабилизирует синусоидальный ток 62, потребляемый из сети. В остальном процессы не отличаются от рассмотренных ранее. Разрядное устройство 14 в этом случае подключается к выходу выпрямителя 17 через дополнительный дроссель 41, то есть при питании преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное от сети или от аккумуляторной батареи 8 функции накопителя энергии преобразователя повышающего типа попеременно выполняют дроссели 21 и 41.The AC / DC converter 3 in FIG. 3 works as follows. In the time interval t ₂ -t ₃ (Fig. 5), the first stage of "soft" start-up of the system is realized, as before, by a smooth increase in the duration of the conducting state of the triac 20. At time t ₃ , the value of the reference voltage of the limitation U begins to gradually increase according to the signal from microprocessor 10 _Res differential amplifier 26 and its output voltage error existing on the inlet multiplying digital to analog converter 33. Up to this point in the initial state of the master oscillator pulses 39 filled counter 36 which is reset with portions that the mains pulses output from the synchronizer 37 to the voltage transition points on the windings of the transformer 38 through a zero value. A linearly increasing code at the output of the counter 36 is supplied to the address inputs of the read-only memory 35, from the output of which a code is read that changes according to the law of the "sine module" of the supply network. Since the error signal of the differential amplifier 26 was equal to zero, then the output voltage of the multiplying digital-to-analog converter 33 was equal to zero. For this reason, it was equal to zero or had a negative polarity and the output voltage of the differential amplifier 34, despite the current flowing through the first sensor 32 of the charging current of the capacitive storage 6. The pulse duration of the pulse width modulator 28 was also zero, therefore, in the time interval t ₁ -t ₂ transistor 23 is closed. From time t ₂ , the amplitude of the output voltage of the multiplying digital-to-analog converter 33, which is the master for the current control loop, begins to increase. As this voltage increases, the error signal at the output of the differential amplifier 34 and, consequently, the pulse duration at the output of the pulse duration modulator 28 also increase. The control pulses from the output of the logical node 31, the duration of which varies according to a sinusoidal law, determine the operation mode of the transistor 23. When the transistor 23 is turned on, the inductor 21 is connected to the supply voltage, storing energy, and when it is turned off, the current flowing in the inductor is closed by the circuit: inductor 21 rectifier 17 diode 22 inductor 11 capacitive storage 6 rectifier 17 current sensor 32 current supply, charging the capacitor of the drive. The voltage 57 therein rises as shown in FIG. 5. When voltage 57 reaches the set value, it stabilizes, stabilizes and sets the voltage to the current (output voltage of the converter 33) and the aforementioned current circuit stabilizes the sinusoidal current 62 consumed from the network. The rest of the processes do not differ from those considered previously. In this case, the discharge device 14 is connected to the output of the rectifier 17 through an additional inductor 41, that is, when the converter 3 is powered to a constant voltage from the mains or from the battery 8, the function of the energy storage device of the boost converter is alternately performed by the chokes 21 and 41.

Ниже рассматривается алгоритм работы микропроцессора 10 на примере системы с блоком аккумуляторов 8, состоящим из трех аккумуляторных секций. Below, we consider the operation algorithm of microprocessor 10 using an example of a system with a battery unit 8, consisting of three battery sections.

При включении питания системы производится аппаратный сброс микропроцессора 10 и запуск подпрограммы начальной установки (фиг. 7), в соответствии с которой производится выключение всех устройств 4, 13, 14, 3 системы, а также выключение устройства отображения информации. В таком режиме ожидания микропроцессор 10 находится до момента времени t₁ (фиг. 5). С появлением на одном из его входов сигнала 52, свидетельствующего об установлении нормальных уровней выходных напряжений источника 9 питания собственных нужд, микропроцессор 10 производит входной контроль работоспособности аккумуляторных батарей 8. Если микропроцессор 10 устанавливает неисправность в одной из батарей, реализуется переход на подпрограмму работы системы без возможности включения резервного канала (метки 5, 6,7 на фиг. 7, 8), одновременно индуцируя номер неисправной батареи (фиг. 8). Производится включение симистора 20 (фиг. 2, 3) и инвертора 4 (фиг. 1). Как описывалось выше, система реализует плавное поочередное включение симистора 20 преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное и выходит в режим стабилизации напряжений 57 и 58 (фиг. 5). В дальнейшем подпрограмма осуществляет непрерывный обегающий контроль аварийной ситуации в системе (контроль наличия сигнала 52, сигнала "авария инвертора") и контроль напряжения питающей сети. При отклонении напряжения питающей сети. При отклонении напряжения питающей сети 51, превышающем установленный диапазон, например 220 B_<196>20% ^+15%, а также возникновении аварийной ситуации в системе микропроцессор 10 переходит на реализацию подпрограммы "выключение" (метки 1 на фиг. 8, 7), причем переход на эту подпрограмму по сигналу "авария инвертора" осуществляется по прерыванию. Подпрограмма "выключение" производит выключение всех устройств системы и повторный запуск может быть осуществлен только повторным включением автоматического выключателя 1.When the system power is turned on, the microprocessor 10 is hard reset and the initial setup routine is launched (Fig. 7), in accordance with which all devices 4, 13, 14, 3 of the system are turned off, as well as the information display device is turned off. In this standby mode, the microprocessor 10 is located at time t ₁ (Fig. 5). With the appearance of a signal 52 at one of its inputs, indicating the establishment of normal levels of output voltages of the auxiliary power supply 9, the microprocessor 10 performs an input check on the operability of the batteries 8. If the microprocessor 10 detects a malfunction in one of the batteries, a transition to the system operation subroutine without the possibility of turning on the backup channel (tags 5, 6.7 in FIG. 7, 8), while simultaneously inducing the number of the faulty battery (FIG. 8). The triac 20 (FIG. 2, 3) and inverter 4 (FIG. 1) are turned on. As described above, the system implements a smooth alternating switching of the triac 20 of the AC converter 3 into a constant voltage and enters the voltage stabilization mode 57 and 58 (Fig. 5). Subsequently, the subprogram carries out continuous loop control of the emergency situation in the system (monitoring the presence of signal 52, the signal "inverter failure") and monitoring the supply voltage. With a deviation of the supply voltage. When the voltage of the supply network 51 exceeds the set range, for example 220 V _{<196> 20%} ^{+ 15%} , and also if an emergency occurs in the system, the microprocessor 10 switches to the "shutdown" subroutine (labels 1 in Fig. 8, 7), and the transition to this subroutine by the signal "inverter failure" is carried out by interruption. The “shutdown” subroutine turns off all devices in the system and a restart can only be carried out by restarting circuit breaker 1.

В том случае, когда аккумуляторные батареи 8 исправны, микропроцессор 10 реализует "основную ветвь" программы. В начале этого алгоритма (фиг. 7) производится программная установка порогов "рабочего" диапазона напряжения питающей сети "U_сети" верхнего на уровне, например 220 В + 15% и нижнего 220 В 20% После этого производится поочередное включение симистора 20 преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное, инвертора 4 и разрешается прерывание по сигналу "авария инвертора" и микропроцессор 10 осуществляет обегающий контроль сети, аккумуляторных батарей и диагностических сигналов (фиг. 9). Если напряжение сети отклонилось выше или ниже установленных уровней, микропроцессор переходит к реализации подпрограммы работы резервного канала (метка 9 на фиг. 9) (эта ветвь будет описана ниже). Следующим шагом микропроцессор проверяет установку программного флага, который устанавливается в случае превышения напряжения аккумуляторных батарей 10 при заряде предельно допустимого значения. Первоначально включение управляемого зарядного устройства 13 осуществляется после завершения "плавного" пуска преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное и после этого переходит на подпрограмму индикации уровня заряда аккумуляторных батарей 8 программно устанавливаемого диапазона в режиме заряда (метка 2 на фиг. 9, 7). По мере заряда аккумуляторных батарей 8 узел отображения информации индуцирует величину емкости и при достижении предельно допустимого уровня напряжения на батареях управляемое зарядное устройство 13 переходит в режим стабилизации напряжения. Если действительное значение напряжения на аккумуляторных батареях превысит установленный уровень (U_АБi > U_зi), управляемое зарядное устройство 13 отключается и микропроцессор 10 переходит на подпрограмму индикации уровня заряда в программно устанавливаемом диапазоне холостого хода (метка 4 на фиг. 9, 7). Повторное включение управляемого зарядного устройства 13 может быть осуществлено лишь тогда, когда напряжение на аккумуляторных батареях 8 не достигнет за счет саморазряда установленного уровня (U_АБi > U_oj), что отражено меткой 10 на фиг. 9, 10. При этом микропрцоессор осуществляет сброс программного флага и включает управляемое зарядное устройство 13.In the case when the batteries 8 are operational, the microprocessor 10 implements the "main branch" of the program. At the beginning of this algorithm (Fig. 7), the thresholds for the "working" voltage range of the supply network "U _network " are set at the upper level, for example 220 V + 15% and the lower 220 V 20%. After that, the triac 20 of the AC converter 3 is alternately turned on voltage to DC inverter 4 and interruption is allowed by the signal "inverter failure" and the microprocessor 10 performs a loop control of the network, batteries and diagnostic signals (Fig. 9). If the mains voltage deviated above or below the set levels, the microprocessor proceeds to implement the backup channel operation routine (label 9 in Fig. 9) (this branch will be described below). The next step, the microprocessor checks the installation of the software flag, which is set in case of excess voltage of the batteries 10 when charging the maximum permissible value. Initially, the controlled charger 13 is turned on after the “soft” start-up of the AC-to-DC converter 3 is completed and after that it switches to the subroutine for indicating the charge level of the rechargeable batteries 8 of the programmable range in the charge mode (label 2 in Figs. 9, 7). As the batteries 8 charge, the information display unit induces a capacitance value and upon reaching the maximum permissible voltage level on the batteries, the controlled charger 13 switches to voltage stabilization mode. If the actual value of the voltage on the batteries exceeds the set level (U _ABi > U _zi ), the controlled charger 13 is turned off and the microprocessor 10 switches to the charge level indication routine in the programmable idle range (label 4 in Figs. 9, 7). The repeated switching on of the controlled charger 13 can be carried out only when the voltage on the batteries 8 does not reach the set level (U _ABi > U _oj ) due to self-discharge, which is indicated by mark 10 in FIG. 9, 10. In this case, the microprocessor resets the program flag and turns on the controlled charger 13.

В случае выхода напряжения питающей сети из установленного диапазона, вне зависимости от того, чем вызвано это отклонение отключением сети или провалом, или перенапряжением, микропроцессор переходит к выполнению подпрограммы работы резервного канала (метка 8 на фиг.7, 10 и левая ветвь алгоритма на фиг.9). При этом индуцируется включение "резервного канала", выключаются управляемое зарядное устройство 13 и симистор 20, включается управляемое разрядное устройство 14 и программно измнеяются уставки контролируемого диапазона питающей сети, например, на диапазон 220 B_<196>15% ^+10%. Изменение этих уставок позволяет исключить высокочастотные процессы перехода из одной ветви программы в другую и связанную с этим динамическую неустойчивость системы и предотвратить аварийные ситуации при незачительных колебаниях напряжения сети около пороговых значений. В этой ветви микропроцессор переходит также на подпрограмму индикации уровня оставшейся емкости аккумуляторных батарей 8, осуществляя обегающий контроль сети и аккумуляторных батарей. Обратное переключение диапазона происходит при входе напряжения питающей сети в "нижний" диапазон 220 B_<196>20% ^+15%. При этом по метке 3 на фиг. 9, 10 и 7 происходит переход в основную ветвь программы и переключение соответствующих устройств системы на работу от питающей сети (включение симистора 20, выключение управляемого разрядного устройства 14, "плавное" включение управляемого зарядного устройства 13) и возврат к предыдущему уровню уставок напряжения сети (220 В B_<196>20% ^+15%).In the event that the voltage of the supply network falls outside the specified range, regardless of what caused this deviation by a network shutdown or a failure or overvoltage, the microprocessor proceeds to the execution of the backup channel operation routine (label 8 in Figs. 7, 10 and the left branch of the algorithm in Figs. .9). In this case, the inclusion of a “backup channel” is induced, the controlled charger 13 and triac 20 are turned off, the controlled discharge device 14 is turned on, and the settings of the controlled range of the supply network are changed programmatically, for example, to the range 220 V _{<196> 15%} ^{+ 10%} . Changing these settings allows you to exclude high-frequency processes of transition from one branch of the program to another and the associated dynamic instability of the system and to prevent accidents with minor voltage fluctuations near threshold values. In this branch, the microprocessor also switches to a subroutine for indicating the level of the remaining capacity of the batteries 8, performing a loop control of the network and the batteries. The reverse switching of the range occurs when the mains voltage enters the "lower" range 220 V _{<196> 20%} ^{+ 15%} . In this case, according to mark 3 in FIG. 9, 10 and 7, a transition to the main branch of the program takes place and the corresponding devices of the system switch to work from the mains supply (turning on the triac 20, turning off the controlled discharge device 14, "smoothly" turning on the controlled charging device 13) and returning to the previous level of the network voltage settings ( 220 V B _{<196> 20%} ^{+ 15%} ).

Если при работе резервного канала напряжение питающей сети не входит в установленный диапазон 220 B_<196>15% ^+10%, работа резервного канала продолжается до тех пор, пока напряжение на аккумуляторных батареях 8 не снизится до минимально допустимой величины, при достижении которой индуцируется номер разряженной батареи и реализуется переход на подпрограмму "выключение" (метки 1 на фиг. 9, 10, 7). Повторный пуск системы может быть осуществлен при появлении (восстановлении) напряжения сети повторным включением автоматического выключателя 1.If during operation of the backup channel the voltage of the supply network does not fall within the specified range of 220 V _{<196> 15%} ^{+ 10%} , the operation of the backup channel continues until the voltage on the batteries 8 decreases to the minimum acceptable value, upon reaching which the number is induced a discharged battery and the transition to the "shutdown" subroutine is implemented (labels 1 in Figs. 9, 10, 7). The system can be restarted when the mains voltage appears (or is restored) by switching the circuit breaker 1 on again.

И наконец, при аварии в инверторе или преобразователе переменного напряжения в постоянное 3 по прерыванию микропроцессор переходит к подпрограмме "выключение", одновременно включая электронное шунтирующее устройство (фиг. 10). And finally, in the event of an accident in the inverter or AC / DC converter 3, upon interruption, the microprocessor switches to the “shutdown” subroutine, while simultaneously turning on the electronic shunt device (Fig. 10).

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет повысить надежность системы за счет ограничения напряжения на входе инвертора в режимах перегрузки и в нормальных режимах работы за счет формирования дросселями 11 и 12 траектории переключения ключей инвертора и преобразователя 3 переменного напряжения в постоянное в области безопасной работы силовых транзисторов, а энергия, накопленная в этих дросселях, используется для питания микропроцессорной системы управления, что сопровождается снижением потребляемого из сети тока. Thus, the proposed technical solution allows to increase the reliability of the system by limiting the voltage at the inverter input in overload conditions and in normal operating modes due to the formation by the inductors 11 and 12 of the switching path of the keys of the inverter and converter 3 of alternating voltage to constant in the field of safe operation of power transistors, and the energy accumulated in these chokes is used to power the microprocessor control system, which is accompanied by a decrease in the current consumed from the network.

Надежность также повышается за счет использования оптимального числа элементов аккумуляторных батарей, что также позволяет создавать малогабаритные, компактные системы энергообеспечения ответственных потребителей, чему способствует также и исключение из структуры низкочастотного силового трансформаторного оборудования. Reliability is also enhanced by using the optimal number of battery cells, which also allows the creation of small-sized, compact energy supply systems for responsible consumers, which is also facilitated by the exclusion of low-frequency power transformer equipment from the structure.

Использование микропроцессорной системы управления позволило без увеличения материальных затрат исключить высокочастотные автоколебательные режимы околограничных значений напряжения, обеспечить безаварийную эксплуатацию аккумуляторных батарей, реализовать при необходимости обмен информацией с питаемыми компьютерами, получить простую и наглядную информацию о состоянии системы. The use of a microprocessor control system made it possible to exclude high-frequency self-oscillating modes of near-boundary voltage values without increasing material costs, ensure trouble-free operation of rechargeable batteries, implement information exchange with powered computers if necessary, and obtain simple and clear information about the state of the system.

Введение дополнительного выхода питания периферийных устройств и электронного шунтирующего устройства расширяет функциональные и надежностные возможности системы, а предложенный алгоритм функционирования позволяет использовать систему при авариях аккумуляторных батарей как стабилизатор с высокими фильтрующими свойствами. Кроме того, предложенный вариант построения преобразователя переменного напряжения в постоянное позволяет потреблять из сети неискаженный синусоидальный ток, что сопровождается повышением электромагнитной совместимости системы с питающей сетью и, что особенно важно, с нагрузкой. The introduction of an additional power output for peripheral devices and an electronic shunt device expands the functional and reliability capabilities of the system, and the proposed functioning algorithm allows the system to be used in case of battery accidents as a stabilizer with high filtering properties. In addition, the proposed option for constructing an AC-to-DC converter allows consuming an undistorted sinusoidal current from the network, which is accompanied by an increase in the electromagnetic compatibility of the system with the mains and, most importantly, with the load.

Claims

1. UNINTERRUPTED POWER SUPPLY SYSTEM, comprising a three-pole circuit breaker in series, an input interference filter and an AC to DC converter, an inverter and a high-pass filter with an information output, a capacitive storage device, a measuring transducer, one of the information inputs connected to the output of the radio interference input filter, and the other with information output of a high-pass filter, battery pack, information output connected in the third the information input of the measuring transducer, an auxiliary power supply, one of the inputs connected to the output of the input filter of the radio noise, a control system, the information input of which is connected to the outputs of the measuring transducer, and the control outputs of the soft start and shutdown are connected to the control inputs of the inverter and the AC / DC converter characterized in that the system comprises two double-winding chokes, controlled charging and discharge devices, low-frequency ph a liter and a two-input electronic shunt device, and the control system is made in the form of a microprocessor with an information display device and with the possibility of generating, at the corresponding outputs, soft-start signals and disconnecting the AC-to-DC converter, inverter and charger and switching signals of the discharge and electronic shunt devices, this control outputs of the control system are connected respectively to the control inputs of the mentioned devices, one of the inputs The cathodic shunt device is connected to the output of the high-pass filter, the other to the output of the low-pass filter, the input of which is connected to the output of the radio interference input filter, and the outputs of the electronic shunt device form the first and second outputs of the system, the outputs and inputs of the controlled charging and discharge devices are paired and connected respectively to the second input of the AC to DC converter and through the contact of a three-pole circuit breaker to the battery pack moreover, the output of the AC to DC converter and the inverter input are connected to the input and output of the capacitive storage through the primary windings of the double-winding inductors, one of the terminals of the secondary windings of which are connected to the common system bus, and the other conclusions are connected via diodes to the second input of the auxiliary power supply and through the contact of a three-pole circuit breaker with the battery pack, and the information output of the auxiliary power supply is connected to the fourth input of the meter converter.

2. The system according to claim 1, characterized in that the AC-to-DC converter comprises a rectifier, a filter and a step-up converter, a seistor connected to one of the rectifier's AC input buses, a voltage divider, shunting the output of the AC-to-DC converter , the first differential amplifier, one of the inputs of which is connected to the output of the voltage divider, and the second input is designed to connect to the source of the reference voltage limitation, the second differential amplifier, one of the inputs of which is designed to be connected to a voltage regulator, and the other forms the first control input of the AC / DC converter, two pulse duration modulators, one of whose inputs is connected to the outputs of the differential amplifiers, a sawtooth voltage generator, the output connected to the second pulse width modulators inputs, four-input logic node of galvanic discharge and current limitation, one of the inputs of which is connected with the outputs of the pulse width modulators, the third with the information output of the boost converter, and the fourth forms the second control input of the alternating voltage converter to constant, the outputs of the four-input logic node of galvanic isolation and current limiting are connected to the control inputs of the boost converter and triac, and the boost converter is made on the inductor and diode, connected in series in one of the power buses, which are the output buses straight the transistor and the current sensor connected to the second power bus, the output of the current sensor forms the information output of the boost converter, and the control input of the transistor is its control input, and the input bus of the rectifier is the input of the converter AC to DC, the outputs of the boost converter are the outputs of the AC to DC converter and the filter output forms a second The output of the AC to DC converter.

3. The system according to claim 1, characterized in that the AC-to-DC converter comprises a rectifier, a triac and a first inductor connected in series to one of the input rectifier AC busbars, a first current sensor included in another rectifier AC input bus, the second inductor, one output of which is connected to one of the output busbars of the rectifier, and the other forms the second input of the AC / DC converter, a diode connected to one of the output busbars of the rectifier, subsequently a transistor and a second current sensor connected between the output busbars of the rectifier, a voltage divider that shunts the output of the AC / DC converter, a first differential amplifier, one of the inputs of which is connected to the output of the voltage divider, and the second input is used to connect to the voltage reference , the second differential amplifier, one of the inputs of which is designed to be connected to a voltage regulator, and the other forms the first control input an alternating voltage to a constant voltage converter, two pulse width modulators, a sawtooth voltage generator, a four-input logic node of galvanic isolation and current limiting, the outputs of which are connected to the control inputs of the transistor and triac, one of the inputs to the outputs of the pulse width modulators, the third input to the second current sensor, and the fourth forms the second control input of the AC / DC converter, a multiplying digital-to-analog conversion connected in series a generator and a third differential amplifier, read-only memory, a counter, a synchronizer and a matching transformer connected to the input of an AC / DC converter, a master oscillator connected to a counter input of a counter, a precision rectifier connected between the first current sensor and the second input of the third differential amplifier , while the outputs of the permanent storage device are connected to the information inputs of a multiplying digital-to-analog converter, the first moves the first and second pulse duration modulator coupled to the outputs of the third and second differential amplifiers, respectively, and their second outputs are combined and connected to the output of the sawtooth generator.