Обзор основных направлений развития отечественных источников электропитания технических средств охраны

02 Февраль 2017

Колосков Алексей Анатольевич, начальник сектора отдела развития объектовых систем охраны ФКУ НИЦ «Охрана» МВД России, подполковник полиции,

Юрин Константин Александрович, старший научный сотрудник отдела развития объектовых систем охраны ФКУ НИЦ «Охрана» МВД России, старший лейтенант полиции

Вихирев Анатолий Александрович, старший научный сотрудник отдела развития объектовых систем охраны ФКУ НИЦ «Охрана» МВД России

В настоящей статье рассматриваются функциональные и конструктивные особенности источников электропитания вторичных, имеющих основное электропитание от однофазной электросети переменного тока общего назначения, предназначенных для электропитания технических средств охраны.

Источники электропитания являются одной из немаловажных составляющих систем обеспечения безопасности. Самое современное и дорогое оборудование окажется набором бесполезного хлама, если для него не будут обеспечены требуемые параметры электропитания.

Традиционно в представлении потребителя источник электропитания, применяемый в системах обеспечения противокриминальной защиты, включает в себя:

■ модуль преобразования напряжения однофазной электросети переменного тока общего назначения;

■ модуль индикации режимов работы;

■ модуль выходных контрольных цепей - для источников электропитания, контролируемых удаленно;

■ модуль накопления (сохранения) электрической энергии - для источников электропитания с резервом. В настоящее время в источниках электропитания вторичных применяются два принципа преобразования напряжения однофазной электросети. Первый принцип основан на применении понижающего низкочастотного сетевого трансформатора, использующего переменный характер тока электросети. Достоинствами данного принципа являются наличие гальванической развязки с электросетью и высокая перегрузочная способность. Однако высокие массогабаритные и стоимостные показатели технической реализации данного принципа приводят к постепенному отказу предприятий-изготовителей от его применения.

Преобразование напряжения во втором принципе проходит в два этапа:

промежуточное накопление энергии и передача импульсами с заданными характеристиками. Несмотря на необходимость применения более сложной электрической схемы, такой принцип позволяет реализовывать модуль преобразования энергии электросети с меньшими массогабаритными показателями при равных с ранее рассмотренным принципом мощностных показателей. Данный подход обеспечивает возможность работы преобразователя в более широком диапазоне напряжений электросети.

Практически во всех современных источниках электропитания в качестве элементов световой индикации состояния режимов работы используются светодиодные индикаторы. Они позволяют оценить режим работы источника электропитания, но не способны предоставить информацию о значении электрических параметров. В некоторых источниках, помимо световой, применяется звуковая индикация состояния режимов работы.

В отдельных случаях информацию о состоянии режимов работы источников требуется передавать на другие технические средства (прибор приемно-контрольный, оконечное устройство систем передачи извещений, оповещатель и др.). Наиболее часто в этих целях применяется устройство коммутации аналоговых цепей (реле, оп-трон, транзисторный ключ и др.).

Модуль накопления (сохранения) электрической энергии - обобщенное название для участка электрической схемы источника, содержащей в себе перезаряжаемый электрохимический источник тока и узлы контроля его заряда и разряда.

Бурно развивающиеся технологии безопасности диктуют особые требования к расширению функциональных возможностей технических средств охраны, в том числе, источников электропитания. Так, несмотря на отсутствие принципиально новых технических идей в вопросах преобразования напряжения электросети, современная схемотехника продолжает свое развитие, выражающееся в повышении эффективности процесса преобразования, разработке специализированной радиоэлементной базы, способствующей уменьшению массогабаритных характеристик, что позволяет интегрировать источники электропитания в схему различных технических средств охраны (рис. 1).

Рис. 1

Необходимость контроля электрических параметров электропитания технических средств охраны, критичных к качеству и стабильности, вынуждает отказываться от использования для индикации малоинформативных светодиодных индикаторов в пользу многосегментных и растровых индикаторных дисплеев, основанных на применении комбинированных светодиодных или жидкокристаллических матриц. Ниже приведены примеры современных источников электропитания, оснащенных индикаторными панелями, позволяющими отслеживать значения входного и выходного напряжений и токов, напряжения и тока заряда аккумуляторной батареи (рис. 2).

Рис. 2

Кроме совершенствования средств индикации, особое внимание предприятий-изготовителей обращено на необходимость унификации средств обмена информацией между устройствами, входящими в состав систем безопасности. Для этой цели в состав источников электропитания вводятся средства цифрового обмена данными. Данные средства позволяют реализовывать обмен данными как по проводным, так и по беспроводным каналам связи. В настоящее время ряд предприятий-изготовителей интегрированных систем безопасности оснащает входящие в состав систем источники электропитания средствами цифрового обмена данными по двухпроводной линии, на основе стандарта EIA/TIA RS-485. Наличие данной функции позволяет осуществлять удаленный контроль режимов работы и параметров источников электропитания через автоматизированные рабочие места и пульты управления интегрированной системы безопасности. Однако закрытость протоколов обмена данными делает невозможным сопряжение устройств разных предприятий-изготовителей. Поэтому, с целью обеспечения возможности совместной работы технических средств охраны, выпускаемых различными предприятиями-изготовителями, и, в частности, источников электропитания, в настоящее время на базе ФКУ НИЦ «Охрана» МВД России ведется разработка единого специализированного объектового протокола. Рядом российских предприятий-изготовителей проводятся работы по разработке источников электропитания, имеющих возможность передачи данных по единому специализированному объектовому протоколу.

Одним из путей реализации беспроводного канала связи является использование технологии, основанной на стандарте IEEE 802.11, более известном как Wi-Fi, и его модификаций. Контроль за режимами работы источника электропитания и его параметрами может осуществляться с помощью мобильного телекоммуникационного устройства («смартфон», «планшет» и др.) при установленном на нем специализированном программном обеспечении. Пример такого мобильного телекоммуникационного устройства приведен на рисунке 3.

Рис. 3

Для обеспечения резервного электропитания технических средств охраны в источники электропитания с резервом включаются элементы накопления (сохранения) энергии. В качестве таких элементов традиционно используются свинцово-кислотные аккумуляторные батареи. Однако в последнее время отмечается внедрение в качестве резервных источников литий-ионных аккумуляторных батарей и ионисторов. Последние, по сути, являются конденсаторами с большой емкостью. Применение данных элементов положительно сказывается на таких эксплуатационных характеристиках, как массогабаритные показатели, диапазон рабочих температур, допустимые токи нагрузки. К ограничениям распространения данных источников следует отнести их стоимость. Пример источника электропитания, оснащенного литий-ионными аккумуляторными батареями, приведен на рисунке 4.

Рис. 4

Подводя итог всему вышеизложенному, возможно отметить ряд основных направлений развития источников электропитания. Во-первых, наблюдается преобладание производимых источников электропитания с импульсным преобразователем относительно источников электропитания с низкочастотным сетевым трансформатором. Во-вторых, происходит очевидный переход от использования светодиодных индикаторов к использованию многосегментных и растровых индикаторных дисплеев. В-третьих, на отечественном рынке технических средств охраны повысилась востребованность источников, имеющих функциональную возможность передачи извещений о своих режимах работы по цифровым каналам связи. И наконец, в-четвертых, отмечается тенденция вытеснения свинцово-кислотных аккумуляторных батарей литий-ионными и ионисторными.

В области разработок, касающихся источников электропитания, остается множество направлений дальнейшего совершенствования их характеристик, таких как повышение эффективности преобразования энергии, применение экологически безопасных материалов и технологий, улучшение эргономических и эстетических качеств.

Источник: "Алгоритм Безопасности"