专利名称：导航不间断电源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及船舶导航电源设备的改进。
目前船舶的导航设备的中频电源都是由船电通过各种用途的变流机提供，这类变流机由电动机和中频发电机组成，输出电压及频率的稳定需有启动器、调速器、调频器、调压器等设备保证，在实际的使用中，这类设备受电网电压波动的影响较大，还存在供电电源品质差、配套设备故障率高及一旦失去船电后就会使导航设备不能正常工作而影响船舶航行等问题。
本实用新型的目的是要提供这样的一种电源在输入本电源的船电及蓄电池电压变化为±20％额定电压时，能使输出的工频及中频电源电压及频率恒定精度高，正弦波形好，且一旦失去船电后，又能向负载不间断供电，而在应急情况下，还能通过遥控线路启动应急发电机向负载供电。
本实用新型的目的是这样实现的由变压器变压后的船电与蓄电池电源一起输入至合成电源单元，并经转换单元向三相逆变输出单元及单相逆变输出单元供电，逆变后的三相中频、单相工频电源与应急发电机中频电源、变频器工频电源经转换单元向负载供电，监控单元根椐负载及合成电源的反馈信号指令三相逆变控制单元及单相逆变控制单元来控制相应逆变输出单元的逆变驱动电路工作，且具有过载、低压保护及报警功能，蓄电池的充电由稳压充电器完成。
本实用新型由于改进了船舶导航的供电方法，因而使导航设备在正常情况下可由船电逆变的各种变流电源供电，既免除了变流机工作时的噪音，又改善了供电品质，特别在导航设备失去船电时，可由蓄电池维持数小时的逆变能量，确保向导航设备不间断供电，在应急情况下还可由应急中频发电机向负载供电，使电源的生命力得到了提高。
本实用新型的附图简要说明如下
图1是本实用新型的电路结构框图；图2是本实用新型合成电源的原理电路；图3是本实用新型监控单元的原理电路；图4是本实用新型三相逆变控制单元的原理电路；图5是本实用新型单相逆变控制单元的原理电路；图6是本实用新型三相逆变输出单元的原理电路；图7是本实用新型单相逆变输出单元的原理电路；图8是本实用新型启动逆变电源工作并对负载供电方式进行转换的转换单元原理电路；图9是本实用新型向蓄电池恒压充电的原理电路。
下面我们根椐图1-图9给出的本实用新型一个较好的实施例，并结合对该实施例的措述，进一步提供本实用新型的技术细节。
请参阅图1，由图1可以了解本实用新型的大致工作过程输入电源VIN经变压器1降压并经合成电源2的整流电路21整流后与蓄电池11合成为统一的直流电源，该合成电源2的直流电经转换单元8向三相逆变输出单元6及单相逆变输出单元7供电，监控单元3对来自合成电源2与负载10的电压及逆变输出单元电流信号进行综合处理后，指令三相逆变控制单元4及单相逆变控制单元5来控制三相逆变输出单元6及单相逆变输出单元7正常工作，转换单元8则承担对三相逆变输出单元6与中频发电机12及单相逆变输出单元7与变频器13的供电转换、启动相应逆变单元工作及对应急发电机的线控启动，充电单元9向蓄电池补充电能，报警单元14对设定的报警点进行报警服务。
请参阅图2，本实施例的合成电源2包括合成电路21、配电电路22。输入电源VIN经变压器1的T1、T2、T3降压后，输至合成电路21的BR1、BR2、BR3三只半桥整流器构成的三相全波整流电路变换成所需的直流电压，与由D1输入的蓄电池11电源合成为统一的直流电后送入VI+、VI-端点，由该端点向监控单元3提供电压反馈信号，并经配电电路22的保险丝F1、F2送入转换单元8。图中C1、C2电容器作滤波用，L1、L2、L3分别为船电输入、蓄电池输入及输出指示灯。
请参阅图3，本实施例的监控单元3由直流电压监测电路31及35、低压保护和过载保护综合处理电路32及38、过载监测电路341及37、报警保护驱动电路33及36。直流电压监测电路31的R21、C13、C14、VD1为IC9:A提供12V工作电压，VD2、C15、W3将合成电源2的取样电压加到IC9:A6脚，并与5脚上由R22、R23分压后的基准电压进行比较，当合成电源2的电压下降到设定的保护点时，IC9:A6脚电压将低于5脚电压，7脚输出12伏电压，经R24驱动光耦IC8导通，W3可以调节保护点。“341”、“342”、“343”的电路结构相同，是三相逆变功率管过载的监测电路，这里判断逆变输出单元功率管(请参见图6、图7)是否过载是依其饱和压降的高低，当功率管过载时，其饱和压降将升高，同样当功率管的温度升高时，其饱和压降也升高，由D9A、D10A将三相逆变输出单元6(参见图6)中功率管DC1、DC2饱和压降引入IC7:B的6脚，7脚为基准电压，功率管过载时，饱和压降升高，IC7:B6脚电压升高，当超过7脚基准电压时，IC7:B1脚输出低电平“0”伏，W5A可调节保护点。低压保护和过载保护综合处理电路32工作过程是这样的当至低压保护时，直流电压监测电路31中光耦IC8导通，IC7:A的9脚为低电平，因此14脚输出低电平，又由于R17＜R16，因此IC6:A6脚被钳位为低电平。当过载时，由于过载监测电路341或342或343电路的作用，IC6:A6脚也同样为低电平，IC6:A、IC6:B构成R-S触发器，其中IC6:B1脚接至三相逆变控制单元4的R8电阻接受复位脉冲。当IC6:A6脚变为低电平时，其4脚将输出高电平，一方面通过报警保护驱动电路33的R19、C11、IC6:C的作用，由IC6:C11脚输出低电平信号至三相逆变控制单元4的IC12A:A及IC12A:B(参阅图4)封锁驱动脉冲，完成保护动作，同时，IC6:D、R20、C12、TR1向报警单元14提供保护的报警信号，另一方面当IC6:A4脚为高电平时，C9将通过R17、D3在IC6:B3脚低电平期间充电，其负极电位将渐渐下降，经一定时间后C9充足电，其负极电位接近“0”伏，此时，即使过载或低压情况消失，即IC6:A6脚试图恢复高电平，但由于C9负极电位为0伏，因此IC6:A6脚被D1钳位于0伏，即保护锁定。如低压或过载情况出现时间较短，即在C9负极电位下降很少时就消失，则IC6:A6脚将恢复高电平，在IC6:B3脚的高电平期间，IC6:A5、6脚同为低电平，其4脚将恢复为低电平，即保护自动复位。图3中，35与31、38与32、36与33、37与341对应的电路原理及工作情况都相同，前者用于单相逆变、后者用于三相逆变的监控。图3中T5单相电压反馈变压器，T6、T7、T8三相电压反馈变压器，它们分别将来自负载10的电压信号反馈至单相逆变控制单元5的R16及三相逆变控制单元4的R33A(参见图5、图4)。
请参阅图4，如图所示，图中411是三相方波产生电路，IC1:B及其周围元件是振荡电路，其振荡输出作为脉冲分配器IC2的时钟，IC2输出端Q0、Q1…Q5在时钟作用下轮流输出高电平脉冲，脉冲宽度与时钟周期相等，经后接的三输入或门组合后，即输出三相方波脉冲。
421为二阶低通滤波器，把输入的方波滤成正弦波，由IC10 A:B14脚输出，作为基准正弦波，其幅度可由W4A调节，调节幅度的大小，也即调节输出电压的高低。
431为差动放大器，用于输出稳压。从421输出的基准正弦波通过C18A加于IC10A:C同相输入端3脚，从监控单元3的反馈变压器反馈回来的电压信号通过R33A加于反相输入端2脚。则IC10A:C1脚输出如下式所示V1=AV·(V3-V2)式中AV、V3、V2分别为差动放大器的增益、基准正弦波及反馈信号电压。
这样，当输出电压下降时，V2下降，V1上升，使输出电压回升；当输出电压升高时，V2上升，V1下降，使输出电压下降，达到输出电压的稳定。
45是三角波发生器，IC4:A、IC4:B组成R-S触发器，IC6:A、IC6:B为电压比较器，其输出信号作为R-S触发器的触发信号，R-S触发器输出端的方波信号经W2、R11、C7积分后形成三角波信号，再分别经C6、C7耦合输出到441部分，作为正弦脉宽调制电路的载波。采用由比较器触发R-S触发器形成方波，再积分形成三角波这样的电路形式，可保证在有W2调节三角波频率时，三角波幅度保持恒定。图中C5、R7、R8形成保护电路所需的复位脉冲。
441为脉宽调制电路。图中的二只比较器作调制用。由比较器IC11A:D2脚输出正弦波在正半周时的脉宽信号，IC11A:C1脚输出负半周时的脉宽信号，IC12A:A和IC12A:B的作用是在发生保护时(9、12脚变为低电平)封锁脉宽信号的输出。
图4中422、423与421,432、433与431,442、443与441各对应的，其电路原理及功能均对应相同。
请参阅图5，这是单相逆变控制单元5的原理电路。如图所示，图中脉宽调制电路54、三角波发生器53、差动放大器52、振荡滤波电路51与上图中说明三相逆变控制单元4(参阅图4)的脉宽调制电路441、三角波发生器45、差动放大器431及方波产生电路411与低通滤波器421电路原理及工作过程对应相同。
请参阅图6，这是三相逆变输出单元6的原理电路，如图所示，T1、T2、T3是逆变变压器，N1为逆变功率组件。由脉宽调制电路441、442、443送来的三相正弦脉宽信号分别经TR2-TR5驱动后控制逆变功率组件N1的通断，把由合成电源2经转换单元8的M11接触器触点送来的直流电(参见图2、图8)变换成交变电压，经T1、T2、T3隔离、升压并分别经R1、C1,R2、C2，R3、C3滤波后形成三相正弦电压。图中R63、VD3、C22的作用是在逆变功率组件N1关断期间在其栅一源极间施加一定电压，加速其关断过程并使其关断更可靠。功率组件过载时的反馈信号由DA1、DA2,DB1、DB2,DC1、DC2至监控单元3的341、342、343。
请参阅图7，这是本实施例单相输出单元原理电路，该图与图6中对应部分相同，图中增加L1是为了增强输出滤波效果。T5是把变频电变成启动应急发电机时所需的控制电压，由VR1、VS1引至转换单元8的J1触点组。
请参阅图8，如图所示，S2、S1分别为三相、单相电源切换开关，选择接通负载10与三相逆变输出单元6或应急发电机12的供电线路，选择接通负载10与单相逆变输出单元7或变频器13的供电线路。AN2、AN1为三相、单相逆变电路工作开关，对应接通自合成电源2中配电电路22与逆变输出单元的电路。P1为直流电源模块，与IC1-IC4一起，作为控制电路的工作电源。KM1、KM2分别控制单相、三相逆变输出部分的直流电源，J1作为启动应急发电机时的遥控开关。
请参阅图9，这是本实施例的充电器的原理电路。如图所示，S1为充电开关，LED1为电源指示灯，T1为恒压变压器，C1为T1工作时的谐振电容，BR1、BR2为整流半桥。输入电源VIN自FU1、FU2引进，充电电流自FU3、FU4输出。
本实用新型的实施例对应急发电机12的自启动、变频器13的工作线路及报警单元14没作特别规定，可根椐不同的实施需要设置。
权利要求1.一种导航不间断电源，包括合成电源2，其特征在于还有联接于负载10的监控单元3、转换单元8，他们分别与三相逆变控制单元4、三相逆变输出单元6及单相逆变控制单元5、单相逆变输出单元7顺次电路联结构成双闭环回路结构；联结于合成电源2的变压器1与蓄电池11及联结于转换单元8的应急发电机12与变频器13构成向负载10提供电能的多输入环节；蓄电池11与充电器9电路联结。
2.根椐权利要求1所述的电源，合成电源2由合成电路21与配电电路22组成，其特征在于合成电路21与变压器1及蓄电池11成并联电路联结。
3.根椐权利要求1所述的电源，其特征在于监控单元3与三相逆变控制单元4、三相逆变输出单元6依次电路联接成闭环控制回路结构；监控单元3与单相逆变控制单元5、单相逆变输出单元7依次电路联结成闭环控制回路结构。
4.根椐权利要求1、2、3所述的电源，其特征在于联接于负载10的转换单元8及监控单元3分别与三相逆变控制单元4、三相逆变输出单元6及单相逆变控制单元5、单相逆变输出单元7电路联结成双闭环回路结构。
专利摘要一种导航用不间断电源,包括合成电源2及联结于负载10的监控单元3、转换单元8,他们分别与三相逆变控制单元4、三相逆变输出单元6及单相逆变控制单元5、单相逆变输出单元7顺次电路联结构成双闭环回路结构,经变压器1变压的船电ⅥN、蓄电池11及应急发电机12与变频器13构成电源的多输入环节,蓄电池11补充电能自恒压充电器9输入,报警单元14联结于监控单元3。本实用新型具有向负载供电生命力强,船用条件适用性好的特点。
文档编号H02J7/00GK2311881SQ97206729
公开日1999年3月24日 申请日期1997年3月13日 优先权日1997年3月13日
发明者汪羽, 杨建东, 高山, 龚瑞良, 朱进先 申请人:龚瑞良