Способ электропитания многофазных потребителей переменного тока и устройство для его осуществления Советский патент 1983 года по МПК H02J9/06 

2„ Устройство электропитания многофазных потребителей переменного тока, содержащее силовые трансформаторы, подключенные к основной и резервной сетям, и коммутаторы, подключенные к вторичным обмоткам силовых трансформаторов и входу нагрузки, отличающееся тем, что, вторичные обмотки силового трансформатора соединены в две звезды, однофазные лучи которых включены встречно, и в него введен блок контроля фазы напряжения, содержащий четыре согласующих трансформатора, шесть; цепочек, состоящих из последовательно соединенных выпрямителя, амплитудного компаратора, расширителя импульсов, схемИ иусилителя- мощности, три инвертора, входы которых подключены к

выходам расширителей импульсов первых трех цепочек, выхбд датчика напряжения основной сети соединен с вторыми входами схем И, третьи входы схем И последних трех цепочек соединены с выходами соответствующих инверторов, три пары вторичных обмоток согласуюидего трансформатора, подключенного к фазовым входам нагрузки, соединены согласно и встречно с вторичными обмотками трех согласующих трансформаторов, подключенных к соответствующим фазам резервной сети, и с входами выпрямителей, причем цепи управления коммутаторов соединены с

выходами усилителей мощности блока контроля напряжения, соединенного с резервной сетью и входами нагрузки .

. 1. Способ электропитания многофазных потребителей переменного тока, основанный на переключении потребителей с основной сети на резервную с помощью коммутаторов, подключенных к вторичным обмоткам силовых трансформаторов основной и резервной сетей и нагрузке, отличающийся тем, что, с целью повышения качества электрической энергии , формируют многофазные системы напряжений, например, путем соединения обмоток вторичных трансформаторов в две звезды, однофазные лучи которых включены встречно, измеряют сформированные фазные напряжения резервной и основной сетей, суммируют фазные напряжения основной сети со сформированными фазными напряжениями резервной сети, определяют макi симальную амплитуду суммарных на(Л пряжений каждой фазы, по которому определяют систему напряжений, резервной сети, фаза которой минимально отличается от фазы напряжений основной сети. 05 СО

Изобретение относится к преобразовательной технике, а именно к системам гарантированного электропитания потребителей переменного тока при наличии нескольких автономных сетей.

Известен способ автоматического включения резерва судовых потребителей, основанный на переключении ответственных потребителей с основной сети на резервную при выходе из стро основной с помощью контакторов 1

Недостатком данного решения является перерыв в питании потребителей при переключении с основной на резер вную сеть (динамическом режиме) и искажение формы выходного напряжения,

Основным недостатком, препятствующим применению устройства в системах гарантированного электропитания, является нгзкое качество электрической энергии, обусловленное перерывом питания на время, определяемое временем переключения с основной сети на резервную.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ для бесперебойного переключения электропитания в сетях переменного тока, основанный на переключении потребителей на резервную сеть с. помощью кc мyтaтopa при откпю-емим (исчезновении )основной сети. Этот способ обеспечивает бесперебойное питание потребителей переменного тока от двух автономных сетей 2.

Недостатком способа для бесперебойного переключения тока является низкое качество электрической энергии за счет того, что форма выходного напряжения при переключении с одной автономной сети на другую зависит от разности фаз указанных сетей. При зтом длительность одного полупериода питающего напряжения может быть увеличена в два раза, что приведет к насыщению электромагнитных устройств или сбою в работе систем автоматики.

Известно устройство для бесперебойного переключения электропитания всетях переменного тока, содержащее статические переключатели с блоками управления и блок контроля. Это устройство позволяет осуществить бесперебойное электропитание потребителей при наличии двух автономных сетей, При исчезновении напряжения в основной сети нагрузка при помощи статических переключателей подсоединяется к резервной. При этом длительность одного полупериода выходного напряжения (на нагрузке) в пределе может быть увеличена в два раза, что часто к насыщению эл итоокчг-ш i 4i,iv 31 элементов, или сбою систем автоматики 2 3. Недостатком данного устройства яв ляется низкое качество энергии за счет того, что оно не обеспечивает неизменное по форме напряжение на потребители переменного ока при 11ереключении с основной сети на резервную. Цель изобретения - улучшение качества электрической энергии, подава емой к потребителям переменного тока Поставленная цель достигается тем что согласно способу электропитания многофазных потребителей переменного тока, основанном на переключении потребителей с помощью коммутаторов с основной сети на резервную, подклю ченных к вторичным обмоткам силовых трансформаторов основной и резервной сети и нагрузке, формируют многофазные системы напряжений, например, путем соединения обмоток вторичных трансформаторов в две звезды, однофазные лучи которых включены встречно, измеряют сформированные фазные напряжения резервной и основной сетей, суммируют фазные напряжения основной сети со сформированными фазными напряжениями резервной сети, определяют максимальную амплитуду суммарных напряжений каждой фазы, по которым определяют систему напряжений резервной сети, фаза которой минимально отличается от фазы напряжения основной сети Поставленная цель достигается также тем, что в устройство электропитания многофазных потребителей переменного тока, содержащее силовые трансформаторы, подключенные к основной и резервной сетям, и коммутаторы, подключенные к вторичным обмоткам силовых трансформаторов и входу нагрузке, вторичные обмотки силового трансформатора соединены в две звезды, однофазные лучи которых включены встречно, введен, блок контроля фазы напряжения, содержащий четыре согласующих трансформатора, шесть цепочек, состоящих из последовательно соединенных выпрямителя, ам плитудного компаратора, расширителя импульсов, схем И и усилителя мощности, три инвертора, входы которых подключены к выходам расширителей им пульсов первых трех цепочек, выход датчика напряжения основной сети сое динен с вторыми входами схем И, тре74тьи входы схем И последних трех цепочек соединены с выходами соответствующих инверторов, три пары вторичных обмоток согласующего трансформатора, подключенного к фазовым входам нагрузки, соединены согласно и встречно с вторичными обмотками трех согласующих трансформаторов, подключенных к соответствующим фазам резервной сети, и с входами выпрямителей, причем цепи управления коммутаторов соединены с выходами усилителей мощности блока контроля напряжения, соединенного с резервной сетью и входами нагрузки. Сущность предлагаемого способа электропитания многофазных потребителей переменного тока заключается в получении нескольких многофазных систем напряжений за счет различных соединений обмоток силовых трансформаторов, подключенных к основной и резервной сетям, определении системы напря-. жений, фаза которой минимально отличается от фазы напряжений основной сети, путем суммирования напряжений, пропорциональных одному фазному напряжению основной сети, с напряжениями, пропорциональными фазным напряжениям резервной сети, сравнении модулей суммарных напряжений с опорным и определении максимальной амплитуды суммарного напряжения, и подключении ее к потребителям переменного тока. На фиг. 1 представлена схЬма фазных напряжений, поясняющих предлагаемый способ электропитания; на фиг.2силовая часть устройства электропитания многофазных потребителей переменного тока, на фиг. 3 - устройство контроля фазы напряжения. Для способа гарантированного электропитания многофазных потребителей переменного тока используют напряжения основной сети 1-3 и резервной +6, Из указанных напряжений формируют напряжения 7-9 и 10-12 (принципиально возможно сформировать еще несколько напряжений). Устройство электропитания многофазных потребителей переменного тока содержит основную 13 и резервную 14.сети силовые трансформаторы 15, коммутаторы на ключевых элементах 16-33 с двухсторонней проводимостью, вторичные обмотки силовых трансформаторов соединены в звезду, а их выходы ЗЭ соединены с каждой клеммой потребителей переменного тока через

клюмевые длгмен ь; 16-33 o/.;.ij,Va ropd цепи управления которых связаны с выходами дополнительно зведенного устройства ЧЦ контроля фазы ,,,е ния 5 связанного с клемг- аг и i-:o грузки и резервной 1ч сетоЮ и содер жащего четыре согласуш их трансформатора (фиг, 3);. выпря: ител ,. выходы которых подключены к цепямS имеющим последовательно соединенные амплитудные.компараторы , расширители 61-66 импульсов,, схемы И 67-72 и усилители мощности,. ин зерторы 5 входы которых подключены к выходам указагннах расширителей 61-63 импульсов, датч: ;:-, 82 напряжения, выход которого соединен с вторыми входами схел; И f;/72 J а вход - с основной г,р .г этом три парь вторичных обмоток 83 88 согласующего трансформатора ч5 соединены согласно и астречно с вторичными обмотками трех согяас:/ ющих трансформаторов по-дклюманных к различным фазам резеренои сети, и подключены к входам зьгпрями телей э третьи входа пхемь; И связаны с аь-ходами соэтзегстзующих инвертеров

8 нормальном режиме rroTpeOvrrajiM переменного тока {к,(1е;чрчЬ -iO-в) под нлю-1й- ы к основной сет;/: i-3 При Э1ом из i-ianpRHsent-fM ре&ервкой сети формируют нногофазьыс наг;ря, жений -6 и (Г(рг-:ьщип ;апь -ю :; лиместв1т многофазных систем г;эг|ряке НИИ можно увеличить за счет увелй ченйя количества силовых трансфор.,а торов и их вторичных обмоток L В ЛК)-бой момент времен устройстаог-: контроля фазы напряжения определяют . тему напряжений, фаза которой м:;н г мально отличается от фазы напряжений основной сети Достигается зге путем суммирования напряжений, Г1ро, нальных одному фазному напряжению основной сети, с напряжениями, пропорциональными фазными напрйжения.ли psзервной сети5 сравнения модупей суммарных напряжений с опорь;им ;i определения максимальной амплитуды cyi-iM-aiv-ных напряжений,, Максимальная а:-;пл/ггу да полученного суммарного напряжения говорит о том, что напряжение рас сматриваемой фазы резервной сети нг.е ет минимальный фазовый сдвиг ,: т;-ссительно контролируемого фазчого нз пряжения основной сети,. Поэтому при аварии (исчезновении )в основной се

УДу только Hcii ря/кегИ-Я

1 I i2 ; ,из которых мож:леду:оиЛ-;е комбинации (фаk,

;:, 10. Гп 1 ; 1, i 2, 1 о J 12s iJ - Сс,;.,-, льБр;,-.)-; и основной сети произоц;nd 1о момент; представленный на сриГоК то ; фазеА нагрузки необходимо Г од-; л10чить фазу А резервной сети, . необкод:, использовать однозна -:,чо

ом6и;- ацию напряжений -6. В друг-ой ;-:;

|-,ект времени фазой А нагрузки ногут

слуясПь ;-1апряжения 5 ; 6 10; i2 -;

; д np.-i таком способе электропц-га;-;,1х

. (,ДЗ/ке ripi-l формирование двух ДОГ:ОЛ -: 1тель;-1ь Х систем напряй:ений J. 8 S} и 11J :21 максималино возможное увеличеч-;е д -:х тельности п-олуперкода напря:.ке;-:.:1 -ift 1 резышабт ;:ej i iHHbi / ;/,; Is.: ч:оразом, предлагзег1ЫЙ способ зле;--; --р::. ;:, 1ногофаз;-;ых по ,---1 :, nepa:-.-ie iHoro тока o5ecпe l. -.п, -, iuei-iki качества элек-грической si-e;;,;-:-;,. за счет меньшег-о искадаени, фсо;- -: ;.i:: Touuier ;i напряжения С ;;-зе,;,-icJ::;;;:; .:о

r:ii--foCr еМЫХ I-io роЗсрЬ -:О;-- , с

Т;.: ,.ir-;-:,:-офазных напряжеьуж ;-ч;а ;г,-ао :::,:,x-:-::jwвеской энерги: ; ;-;-:;зыи. c,;-i :/,П::ойстао рабогав) .:/ ,ц,у го;:; л-; ijO

и гЮр: Sc; J i riOii p&:::i--.M6 , in I , eij :;,-;;;

io;3e - sr-ii-iC ro тока подгч,:;10- екь . ос,-ОВ ;ой ceTiO нагрузн:а полкл:о--:е:-;э : ocHCi ;ой ,;ети 13,, а управ/ енле I-:B клк мевы: о,г12Кенты rCC,;-,;-,v-7-;ivc:,-& не по Г,;ьает„ В это время согласугО цие транс:;|О:-; -йторы пбдкЛйчцН -;::;ь ;, фазе А а,,;навной сети i; различным ф,;;-::,:;лч

С::;;,ЙОЗНОЙ сети J ОЭеСПвмИЗаЮ

i6;rR;,ieHHbix кагфяжений ;-:; вь;Г;Ьй.-,,-г ел;-1 -};; 5- ьозйожна намотка агсри,1ных обмоток k на силовые трансфор,-.1а-f-oppi) ; на выпрямитель 4Э поступ;;е; напряжение, пропорционалы-юе c--:--;.ie .-io

пряжений :г-Ц} . а на выпрями- ел:- напрпже1-н;8р пропорциональное су:ч;-:е нзпри х8ний ()р (Ь-6). (i-iriO}. (Г; -г10 ;-i {Н12}, В общем грори:-|руечся шесть однофазных напряжений; Hi-irji мэ,пьну:с фазу между напряжением 1 А1 ос:-ю8;-:ой сети имеет то из щест,- -,апр,ч ;: ен-п пезервной сети; которое Б су-м-;ме с нспрйжением 1 имеет болыну;и ве лич/: у, В нашем случае максиматгькая сумма и это обеспечиэает однофазное включение хлюмевых элеме;-1ТОЕ коммутатора при исчезновении ОС:-ОБ-HO/i сети («(леммы соот ветс; вуют фазам А, В. С,,, нагрузкм) ,, т.е. г;еоб710ходимо гюдать управление на 16 20 и что обеспечивает подключение кон ца 3 (напряжение 4) к клемме 0., 35 (напряжение 5) к клемме i«1 и Зб (н пряжение б) - к клемме iZ и т.д. В частности, выходные напряжениявыпря мителей 49-5, пропорциональные соот ветственно фазным напряжениям , 5s 6, 10, 11, 12, сравниваются в амплитудных компараторах 55-60 с опорным Ugn При превышении модуля указанных напряжений опорного на выходе амплитудных компараторов появляются импул сы, которые расширителями 61-66 импульсов преобразуются в непрерывный сигнал и поступают на первый вход схем И 67-72. При этом необходимо от метить, мто при фазовых углах d,30 эл.град, между напряжением 1 щ любым из ks 5s 65, 10, 11,, 12 импульс появляется только на ёыходе одного амплитудного компаратора, что достигается уставкой напряжения . Ука занная величина напряжения UQ устанавливается такой, чтобы импульсы на выходе амплитудного компаратора появлялись только при углах d 430 эл.град. Для исключения граничных режимов, когда, например, фазовые углы о6 (между напряжением 1 и 4) и cto (между напряжением 1 и 2) равны между собой и равны 30 эл.град введены инверторы и связи между ними и схемами И Так, на схему И 72 (контролирует фазу напряжения 12) импульсы поступают с выходов нвepтopoв 79 и 80, что исключает появление на выходе схемы И 72 (соответственно на выходе усилителя 78 мощности) импульса при наличии сигналов на выходе инверторов 79 и Во ( контролируется соответственно напряжение k и 5) т,е ближай ших по фазе напряжений, полученных и резервной сети. Рассмотренные связи исключают одновременное появление импульсов управления включевыми элементами коммутатора при углах d. 30 эл.град. Для появления импульсов управления на выходе одного из усилителей мощности необходим сигнал на выходе датчика 82 напряжения, который появляется только после исчезновения ( отклонения от номиналь ной величины ) напряжений в основной сети, включая и напряжение одно фа зы. Таким образом, при напряжениях представленных на фиг. 1, сигналы (за исключением сигнала с датчика напряжения) поступают толькс на схему И б7. Если, например, системы напряжений 4-6 и 10-12 вращаются относительно системы напряжений 1-3 по часовой стрелку, то указанные сигналы будут поочередно ПОЯВЛЯТБся на схемах И 71, 69, 70, 68, 72. Такое построение устройства контроля фазы напряжения осуществляет срав™ нение напряжений нескольких многофаз ных систем, .выделение системы напря-жений,фаза которой минимально отличается от фазы напряжений основной сети, рассчитывает алгоритм управления коммутатором. После переключения потребителей переменного тока на резервную сеть (условно принятую) она превращается в основную, а другая - в резервную (раньше она была основной). Теперь при аварии в основной сети переключение потребителей на резервную сеть происходит аналогичным образом . Таким образом, предлагаемые способ и устройство электропитания Ттотребителей переменного тока обеспечйвают по сравнению с прототипом улучшение качества электрической энергии на потрелителях в динамических режимах (при переключении с основной на резервную сеть) за счет уменьшения искажения питающего напряжения, прийодящего к большому отклонению мгновенной часто ты. Это обеспечивает надежную работу потребителей переменного тока и исключает насыщение электромагнитных элементов, что особенно важно в системах гарантированного электропитания ответственных потребителей переменного тока. К таким потребителям относят высокоточные системы навигации, вычис™ лительные центры коллективного пользования, системы контроля и управления атомных реакторов и т.д. Поэтому применение предлагаемого изобретения для. питания указанных потребителей обеспе чит огромный экономический эффект, устранит опасные условия работы обслуживающего персонала и выхода и;з строя дорогостоящего оборудования.

.4

1Рм7

8

tmiyjfff

«/y.

..

(

релеетеГ

.7.

ffCM Cf/77t

Wi

ipffjaf /релсе/гга

n I

fe,Jff,