Установка бесперебойного питания объекта Российский патент 2017 года по МПК H02J9/04 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве установки бесперебойного питания объекта с потребителями, предъявляющими повышенные требования к качеству электроэнергии.

Известна установка бесперебойного питания объекта, содержащая клеммы промышленной сети, дизель-генераторный агрегат, переключатель ввода, первый выпрямитель, подключаемый к промышленной сети, второй выпрямитель, подключаемый к дизель-генераторному агрегату, переключатель выбора канала питания, аккумуляторную батарею, подключенную к переключателю выбора канала питания, статический преобразователь энергии, выполняющий функции инвертора, автомат включения резерва и клеммы для подключения нагрузки [1]. В данной установке используются три источника электрической энергии: промышленная сеть, энергия которой от клемм промышленной сети через переключатель ввода поступает сразу на автомат включения резерва и с него на клеммы для подключения нагрузки, дизель-генераторный агрегат, который запускается при отсутствии напряжения в промышленной сети и энергия от него через переключатель ввода поступает также на автомат включения резерва, а затем на клеммы для подключения нагрузки, и аккумуляторная батарея, подзаряжаемая как через выпрямитель сети, так и через выпрямитель дизель-генераторного агрегата и разряжающаяся на инвертор при отсутствии напряжения сети и напряжения на зажимах дизель-генераторного агрегата, при этом выходное напряжение инвертора поступает в автомат включения резерва, а затем - на клеммы для подключения нагрузки, что обеспечивает бесперебойность питания потребителей. Однако указанной установке присущи и недостатки, среди которых основными являются сложность определения величины напряжения на участке второго канала между трехфазным стабилизированным выпрямителем и аккумуляторной батареей, составленной из совокупности последовательно соединенных элементов и трехфазных инверторов.

Техническим результатом изобретения является выравнивания напряжений элементов второго канала электроснабжения за счет параметров их схем.

Требуемый технический результат достигается тем, что в установке бесперебойного питания, содержащей первый канал электроснабжения, образующий цепь, соединяющую клеммы сети, автомат включения резерва и клеммы для подключения нагрузки и второй канал электроснабжения, образующий цепь, содержащую функционально соединенные клеммы сети, трехфазный выпрямитель, аккумуляторную батарею, трехфазный инвертор, автомат включения резерва и клеммы для подключения нагрузки, указанный трехфазный выпрямитель выполнен стабилизированным, содержащим силовой трансформатор с регулятором переменного напряжения, нагруженный схемой выпрямления с блоком фильтрации выпрямленного напряжения U_d, которое равно , где K_cU - коэффициент схемы выпрямления по напряжению; U_c - напряжение сети; указанная батарея содержит n последовательно соединенных элементов, при этом ее напряжение на клеммах U_AB равно U_AB=nU_э, где U_э - напряжение элемента, а указанный трехфазный инвертор содержит коммутатор тока, нагруженный силовым трансформатором с блоком фильтрации, составленным из резонансных фильтров фаз, при этом его входное напряжение U_{вх. ин.}=2/3U_н, где U_н - напряжение нагрузки, причем указанные значения напряжений подчиняются закону

,

где в и учтены коэффициенты трансформации силового трансформатора названного выпрямителя K_m1=U_d/U_c и силового трансформатора трехфазного инвертора K_m2=U_н/U_c.

На чертеже изображена структурная схема установки бесперебойного питания.

Установка содержит первый канал электроснабжения 1, образующий цепь (не обозначена), соединяющую клеммы первой сети (КС1) 1-1, линейные провода 1-2, автомат включения резерва (АВР) 3 и клеммы для подключения нагрузки (КПН) 4 и второй канал электроснабжения 2, образующий цепь, содержащую функционально соединенные клеммы второй сети (КС2) 2-1, трехфазный стабилизируемый выпрямитель 2-2, содержащий регулятор переменного напряжения (РПН) и силовой трансформатор (СТ) 2-3 и схему выпрямления (СВ) 2-4 с блоком фильтрации выпрямленного напряжения U_d (БФВН), аккумуляторную батарею (АБ) 2-5 с разделительным диодом 2-6, причем указанная батарея содержит n последовательно соединенных элементов с общим напряжением U_АБ, трехфазный инвертор 2-7, содержащий коммутатор (КТ) тока 2-8, силовой трансформатор (СТ) 2-9, нагруженный блоком фильтрации (БФ) 2-10, составленным из резонансных фильтров фаз, причем входным напряжением инвертора является напряжение U_{вх. ин.}. Установка также содержит автомат включения резерва (АВР) 3 и клеммы для подключения нагрузки (КПН) 4 с напряжением U_н. Все элементы установки серийно выпускаются отечественной промышленностью. Наиболее сложным участком второго канала электроснабжения является участок, к которому приложены напряжения трехфазного стабилизирующего выпрямителя 2-2, аккумуляторной батареи 2-5 и трехфазного инвертора 2-7, так как они зависят: от схемы выпрямления 2-4 указанного выпрямителя и коэффициента трансформации силового трансформатора, от числа элементов аккумуляторной батареи 2-5 и напряжения одного элемента, от схемы включения коммутатора тика 2-8 трехфазного инвертора 2-7 и коэффициента трансформации силового трансформатора 2-9, от напряжения сети и от напряжения нагрузки. Механизм выравнивания указанных напряжений перечисленных элементов второго канала электроснабжения установки представляется следующим образом.

Произведем расчет напряжений: среднего значения выпрямленного напряжения U_d, напряжения аккумуляторной батареи U_АБ, входного напряжения инвертора U_{вх. ин.} с учетом того, что напряжение сети U_c и напряжение на нагрузке U_н равны 380 В, а коррекцию напряжений можно произвести с учетом коэффициента трансформации K_m1 силового трехфазного трансформатора стабилизированного выпрямителя и коэффициента трансформации силового трансформатора инвертора.

Исходное уравнение. Пусть все значения напряжений равны

Тогда среднее значение выпрямленного напряжения равно

где K_cU - коэффициент схемы выпрямления по напряжению;

Среди элементов выпрямителя имеется трансформатор, коэффициент трансформации которого можно определить по формуле

тогда значение

Поскольку широко распространенными являются кислотные и щелочные электрохимические элементы, то принимаем напряжение элемента, равное U_э=2 В, поэтому в аккумуляторной батареи последовательно соединены

напряжение аккумуляторной батареи U_АБ≤380 В.

Связь между входным напряжением инвертора U_{вх. ин.} и напряжением на нагрузке определяется формулой

или

откуда

Полученные значения позволяют найти коэффициент трансформации K_m2

тогда требуемое напряжение на нагрузке равно

Установка работает следующим образом.

При наличии напряжения на клеммах сети 1-1 первого канала электроснабжения 1 электроэнергия поступает по линиям 1-2 в автомат включения резерва 3 (ввод 1, не обозначен), откуда она подается на клеммы для подключения нагрузки 4, при этом напряжение на нагрузке равно напряжению сети. При отсутствии напряжения на клеммах сети 1-1 канала электроснабжения 1 в работу вступает оборудование канала электроснабжения 2 и тогда электроэнергия с клемм сети 2-1 поступает на трехфазный стабилизируемый выпрямитель 2-2, при этом в блоке 2-3 она регулируется по напряжению регулятором (не показан), понижается по амплитуде силовым трансформатором и поступает на схему выпрямления 2-4 с блоком фильтрации выпрямленного напряжения (не выделен), где переменное напряжение преобразуется в постоянное выпрямленное напряжение с уменьшенным коэффициентом пульсаций. С выхода указанного выпрямителя 2-2 напряжение поступает на вход трехфазного инвертора, при этом батарея 2-5 не разряжается, потому что разделительный диод 2-6 закрыт, поскольку напряжение названного выпрямителя выше напряжения аккумуляторной батареи 2-5. В коммутаторе тока 2-8 трехфазного инвертора 2-7 постоянное напряжение выпрямителя 2-2 преобразуется в трехфазное переменное напряжение в форме неполного прямоугольника, которое поступает на силовой трансформатор 2-9 для согласования по амплитуде, а затем оно подается на блок резонансных фильтров фаз, где преобразуется в форму синусоиды за счет фильтрации высших гармонических. Трехфазное синусоидальное напряжение из блока 2-10 поступает на автомат включения резерва (второй ввод - не показан) 3, откуда оно поступает на клеммы для подключения нагрузки 4. Если же на вводах сети (первый ввод 1-1 и второй ввод 2-2) будет отсутствовать напряжение промышленной сети, то начнет разряжаться аккумуляторная батарея 2-5, поскольку разделительный диод 2-6 будет открыт. Напряжение указанной батареи поступает на вход трехфазного инвертора 2-7, все элементы схемы которого будут функционировать по указанному выше способу.

Таким образом, согласование величины входных и выходных напряжений участка второго канала электроснабжения, возникших при наличии сети, трехфазных выпрямителя и инвертора, а также аккумуляторной батареи, может быть достигнуто за счет параметров элементов схем указанных устройств.

Источники информации

1. Мкртчян Ж.А. Электропитание электронно-вычислительных машин. М.: Энергия, 1980, стр. 139, рис. 3.11.

Использование: в области электротехники. Технический результат – обеспечение выравнивания напряжений. Установка содержит первый канал электроснабжения, образованный клеммами сети (1), линиями электропередачи, автоматом включения резерва и клеммами для подключения нагрузки, и второй канал электроснабжения, составленный из функционально связанных клемм сети (2), трехфазного стабилизированного выпрямителя, аккумуляторной батареи с разделительным диодом, трехфазного инвертора, автомата включения резерва и клемм для подключения нагрузки, причем указанный выпрямитель содержит регулятор переменного напряжения, силовой трансформатор, схему выпрямления с блоком фильтрации выпрямленного напряжения, указанная батарея содержит совокупность последовательно соединенных элементов, а трехфазный инвертор содержит коммутатор тока, силовой трансформатор и блок фильтрации, составленный из резонансных фильтров фаз, при этом выравнивание напряжения выпрямителя, аккумуляторной батареи, входного напряжения инвертора и напряжения на нагрузке достигается путем использования параметров схем названных элементов. 1 ил.

Установка бесперебойного питания, содержащая первый канал электроснабжения, образующий цепь, соединяющую клеммы первой сети, автомат включения резерва и клеммы для подключения нагрузки и второй канал электроснабжения, образующий цепь, содержащую функционально соединенные клеммы второй сети, трехфазный выпрямитель, аккумуляторную батарею, трехфазный инвертор, автомат включения резерва и клеммы для подключения нагрузки, отличающаяся тем, что указанный трехфазный выпрямитель выполнен стабилизированным, содержащим силовой трансформатор с регулятором переменного напряжения, нагруженный схемой выпрямления с блоком фильтрации выпрямленного напряжения U_d, которое равно , где K_сU - коэффициент схемы выпрямления по напряжению; U_c - напряжение сети; указанная батарея содержит n последовательно соединенных элементов, при этом ее напряжение на клеммах U_AB равно U_AB = n U_э, где U_э - напряжение элемента, а указанный трехфазный инвертор содержит коммутатор тока, нагруженный силовым трансформатором с блоком фильтрации, составленным из резонансных фильтров фаз, при этом его входное напряжение где U_н - напряжение нагрузки, причем указанные значения напряжений подчиняются закону

где в и учтены коэффициенты трансформации силового трансформатора названного выпрямителя и силового трансформатора трехфазного инвертора