1.7. Источники питания аппаратуры связи
Средства электропитания необходимы для нормального функционирования аппаратуры. Источники электропитания подразделяются на первичные и вторичные.
Первичные источники питания (ИП) осуществляют преобразование неэлектрических видов энергий в электрическую. К таким источникам относятся генераторы переменного и постоянного тока, химические элементы, термогенераторы, солнечные батареи и т.д.
Первичным химическим источником тока является гальванический элемент (рис. 1.28, а, б). В настоящее время наибольшее распространение получили первичные химические источники питания марганцево-цинковой системы.
Срок службы гальванических элементов определяется временем расхода его энергии. Напряжение, создаваемое элементом, в среднем составляет 1,5 В. Для получения более высокого напряжения используют батареи, в которых элементы соединяются между собой последовательно.
Конструкция элемента марганцево-цинковой системы может быть не только цилиндрической, но и плоской. Элементы плоской конструкции называются галетными. Они наиболее удобны для сборки батарей, так как не требуют соединительных проводников между элементами.
Наряду с элементами марганцево-цинковой системы на практике получили широкое применение ртутно-цинковые элементы и батареи. По сравнению с марганцево-цинковыми элементы ртутно-цинковые обладают более высокой стабильностью, значительно большей удельной энергоёмкостью, значительным самозарядом и хорошей герметичностью.
Первичные источники питания нашли применение в аппаратуре пожарной связи. Так, для питания сигнально-переговорного устройства СПУ-ЗК используются батареи типа 3-336 с напряжением 4,5 В; в качестве резервного источника питания ультразвуковой установки охранно-пожарной сигнализации «Фикус - М» используется батарея из элементов 373 и др.
Rн
а б в
Рис. 1.28. Источники питания: а) схема гальванического элемента: 1 – клейстер; 2 и 4 –стержни; 3 – корпус; б) устройство гальванического элемента;
в) схема частей аккумулятора: 1 - сепаратор; 2 – положительная пластина;
3 – корпус; 4 – уровень электролита (макс/мин); 5 – свободное пространство;
6 – уплотнение крышки, непроницаемое для электролита; 7 – заглушка в отверстии
для заливки; 8 – уплотнение полюсного штыря; 9 – перемычка; 10 – полюсный штырь;
11 – уплотнение полюсного штыря; 12 – гребенка; 13 – выступ аккумуляторной пластины;
14 – отрицательная пластина; 15 – пространство для отложения шлама
К вторичным ИП относятся устройства, использующие энергию первичных источников для обеспечения аппаратуры связи электроэнергией с заданными параметрами (напряжение, ток, мощность).
Аккумуляторы (рис. 1.28, в) являются вторичными химическими источниками тока, в которых электрическая энергия предварительно запасается, превращаясь в химическую энергию, а затем, по мере необходимости, в результате химической реакции снова переходит в электрическую энергию. Срок службы аккумуляторов определяется числом зарядно-разрядных циклов.
По составу электролита и активной массы электродов аккумуляторы делятся на кислотные и щелочные. В пожарной охране на средствах связи в основном применяют щелочные аккумуляторы. Преимущество щелочных аккумуляторов: больший срок службы; проще в эксплуатации; более прочные; электролиты менее токсичны; допускают применение в них питьевой воды.
Выпускаются КН (кадмиево-никелевые), НК (никелево-кадмиевые), СЦ (серебряно-цинковые) аккумуляторы. Срок службы 700-750 зарядно-разрядных циклов. Для питания радиостанций используют аккумуляторы в герметичном исполнении.
Источники питания многообразны и необходимы для функционирования аппаратуры связи. Основной параметр источников питания - напряжение (разность потенциалов между выводами электродов источника при подключенной нагрузке), измеряемое в вольтах. Применение тех или иных источников питания определяется назначением и условиями эксплуатации аппаратуры. в стационарных условиях аппаратура питается, как правило, от промышленной сети переменного тока частоты 50 Гц с напряжением 220 В. Но большинство схем связи и сигнализации работают на постоянном токе меньшей величины, поэтому необходимо применение дополнительных устройств, преобразующих энергию промышленной сети.
Мобильная и носимая аппаратура связи использует автономные источники питания (аккумуляторные батареи, гальванические элементы, солнечные батареи). Современные технологии в производстве автономных источников питания позволяют с высокой степенью надежности обеспечивать работу как электрической сети (здания, помещения и т.д.) в целом, так и автономное бесперебойное питание телекоммуникационного оборудования и систем сигнализации в отдельности. Такие системы электроснабжения получили названия источников бесперебойного питания (ИБП).
ИБП представляют собой совокупность аккумуляторных батарей (АКБ) различных устройств, обеспечивающих необходимые параметры электропитания, управляющих схем распределения питания и защиты, устройства контроля, автоматики, управления и сигнализации. Конструктивно источники энергии и дополнительные схемы преобразования энергии заключены в единый корпус (рис. 1.29). Сущность работы ИБП заключается в накоплении электрической энергии АКБ и ее отдаче при пропадании основного питания. ИБП производятся в зависимости от назначения с возможностью генерации и переменного, и постоянного тока. Для формирования напряжений необходимого номинала используются трансформаторные устройства. Выпрямители преобразуют переменное напряжение в постоянное, а также обеспечивают зарядку АКБ. Для формирования необходимых питающих напряжений в качестве выходных устройств могут использоваться инверторы (преобразующие постоянное напряжение в переменное), преобразователи (при необходимости постоянного напряжения различных номиналов), стабилизаторы (обеспечивают необходимый диапазон изменения питающего напряжения, допустимого для нормального функционирования соответствующего оборудования).
Схема подключения ИБП к оборудованию связи (или сигнализации) зависит от требований, предъявляемых к аппаратуре. Это может быть вариант с переключением или параллельная работа, но каждый из вариантов имеет и преимущества, и недостатки. Вариант с переключением электропитания с основного источника на резервный (буферный режим) подразумевает перерыв в снабжении электропитанием до 20 мс, поэтому не применим для резервирования питания оборудования, критичного к перерывам электроснабжения (например, компьютерная техника). В свою очередь, при параллельной работе ИБП постоянно находится в рабочем режиме, что ведет к уменьшению срока службы ИБП. Неоспоримым преимуществом современных ИБП является минимальное техническое обслуживание и полная автоматизация диагностико-контролирующих функций и зарядных работ.
Рис. 1.29. Конструктивно-функциональное исполнение ИБП
Система управления позволяет проводить диагностику неисправностей до сбоя работы ИБП, что повышает надежность работы оборудования в целом.
ИБП применяются как для резервирования питания отдельного оборудования (радиостанций, ПК и т.д.), так и для р
Рис. 1.9
езервирования питания всего оборудования телекоммуникаций на узлах связи. Но резервирование с помощью ИБП является вариантом поддержания рабочего состояния аппаратуры на относительно непродолжительное время (не более часа). Предположить характер неисправности электросети и необходимое время для восстановления ее работоспособности - непростая задача. Выбор оборудования резервного питания, в качестве которого мы рассматриваем ИБП, с наибольшим сроком работы не всегда эффективен, т.к. в этом случае затраты бывают достаточно велики. Исходя из необходимости обеспечения эффективности резервирования электропитания узлов связи наилучшим вариантом может оказаться использование наряду с ИБП генераторных установок переменного тока с параметрами промышленной сети.