Устройство для бесперебойного электропитания потребителей Советский патент 1984 года по МПК H02J9/06 

Изобретение относится к аварийному и резервному энергоснабжению и может быть использовано при построении систем бесперебойного электропитания потребителей, не допускающих не только кратковременных перерывов в питании, но и снижения качества питающего напряжения. Для обеспечения бесперебойного электропитания потребителей служат сложные системы электроснабжения, состоящие из источника гарантированного питания (инвертора, питаемого от аккумуляторной батареи, автономного генератора и т.д.) и резервного, аналогичного или сетевого,источника питания. Авария источника, питающего потребитель, приводит к необходимости подключить его за минимальное время к другому источнику, находящемуся в горячем резерве. Известно устройство бесперебойного электропитания, содержащее обратимую электрическую мащину с маховиком, подключенную через распределительные щины к основному источнику первичного двигателя, связанного с электрической мащиной через разобщительную муфту, отключающий электромагнит, размыкающиеся блокконтакты выключателя основного источника, реле частоты величины направленной мощности, реле пуска источника гарантированного электропитания 1. Недостатком устройства является низкая надежность в режиме переключения на резерв вследствие инерционности срабатывания мощных реле частоты и величины направленной мощности и отключающего электромагнита, а также возникновение при этом нелинейных искажений напряжения, что может нарущить нормальную работу потребителей. Кроме того, при переключении на резервный источник возможнен выход из синхронизма с сетью, что также может нарущить нормальную работу потребителей, при этом обратный переход на основной источник будет практически невозможен из-за помех сети. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является быстродействующее устройство АВР для ответственных токоприемников, содержащее основной и резервный источники питания, в каждую фазу которых введены встречно-параллельно включенные тиристорные коммутаторы, трехфазные выпрямители, связанные с основным и резервным источниками питания через понижающие трансформаторы, герконовые реле, размыкающие и замыкающие контакты одного из них подключены к управляющим электродам соответствующих тиристорных коммутаторов, блок логики, стабилизаторы напряжения. В известном устройстве осуществляется сравнение действующего выпрямленного напряжения основного источника питания со стабилизированным выпрямленным напряжением резервного источника, и с делителя напряжения подается сигнал на инвертор, усилитель и обмотку герконового реяе, управляющего. тиристОрным коммутатором основного питания. Кроме того, устройство содержит дополнительный инвертор, усилитель и герконовое реле, управляющее тиристорным коммутатором резервного источника питания 2. Основным недостатком известного устройства, является недостаточно высокое быстродействие в режиме переключения вследствие значительного времени срабатывания (до 1/4 периода 5 мс), обуславливаемого сравнением действующего значения выпрямленного напряжения основного источника со стабилизированным выпрямленньш напряжением резервного источника. При таком времени переключения неизбежно возникают значительные нелинейные коммутационные искажения напряжения, что делает невозможным применение устройства для особо помехочувствительных токоприемников. Устройство имеет больщую зону нечувствительности в пределах размаха пульсаций выпрямленного напряжения и следовательно допускает понижение качества напряжения при работе от основного источника. Кроме того, устройство конструктивно сложно и не исключает возможности обратной подачи напряжения на основной источник, так как оно содержит две параллельные цепи управления переключением источников, что снижает его надёжность в целом. Цель изобретения - повыщение быстродействия, исключение коммутационных искажений напряжения и повыщение качества напряжения. Цель достигается тем, что в устройстве для бесперебойного электропитания потребителей, содержащем основной и синхронизированный с ним резервный источники питания, в каждую фазу которых введены встречно-параллельно включенные тиристорные коммутаторы, трехфазные выпрямители, подключенные к основному и резервному источникам питания, герконовое реле, размыкающие и замыкающие контакты которого подключены к управляющим электродам соответствующих тиристорных коммутаторов, обмотка реле включена между выходами трехфазных выпрямителей через диод и размыкающий с задержкой срабатывания контакт вспомогательного реле, обмотка которого через замыкающий контакт герконового реле подключена к резервному источнику питания; при этом замыкающие контакты герконового реле, управляющие тиристорным коммутатором резервного источника, Тиунтированы замыкающими контактами вспомогательного реле. Внутри обмотки герконового реле размещены две группы переключающих герконовых контактов, при этом геометрические центры зазоров размыкающих контактов смещены по отношению к геометрическим центрам зазоров замыкающих контактов на 0,2-0,5 длины обмотки от ее центра симметрии. Кроме того, основной источник питания выполнен в виде обратимой электрической мащины с маховиком, приводимой во вращение синхронным двигателем. На фиг. 1 изображена структурная схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы токов и напряжений. Устройство содержит основной источник 1 питания, выполненный из обратимой электрической машины 2, подключенной к распределительному устройству 3 основного источника 1 питания и жестко соединенной с. маховиком 4 и приводным синхронным двигателем 5, контактор 6 предварительной синхронизации, включенный между распределительным устройством 7 резервного источника 8 питания и обратимой машиной 2, тиристорные коммутаторы 9 и 10 соотвётственно основного 1 и резервного 8 источникбв питания. Обмотка 11 герконового реле включена через блокирующий диод - 12 между выходами трехфазных выпрямителей 13 и 14, присоединенных к распредустройствам 3 и 7 соответственно основного 1 и резервного 8 источников питания. Размыкающие контакты 15 герконового реле включены между управляющими электродами тиристоров 9 основного источника 1 питания, а замыкающие контакты 16 - между управляющими электродами тиристоров 10 резервного источника 8 питания. К распредустройству 7 резервного источника 8 подключено через замыкающий контакт 17 герконового реле вспомогательное реле 18, шунтирующее своими замыкающими контактами 19 замыкающие контакты 16 герконового реле, коммутирующие тиристорный коммутатор 10 резервного источника 8. Между обмоткой 11 герконового реле и мостом 14 включен размыкающий с выдержкой времени контакт 20 вспомогательного реле 18. Процесс переключения поясняется фиг. 2, где U-ij, Bj и Ci - фазные напряжения осн-овного источника питания, U BJ и Cj - фазные напряжения резервного источ™ : „Ч и CH - фазные напряжения нагрузки, Гд., .в,...и с ...- токи основного источника питания, 1., Bj ...и Cj .- токи резервного источника питания, 1 CH .- токи нагрузки. Т.,- время переключения. Устройство работает следующим образом, Обратимая электрическая машина 2 предварительно синхронизируется с сетью, после чего контактор 6 отключается от се ти. При отсутствии отклонений напряжения, частоты и фазового сдвига через обмотку ток не проходит, контакты 15 замкнуты, тиристорный коммутатор 9 открыт, контакты 16 разомкнуты, тиристорный коммутатор 10 закрыт, питание нагрузки осуществляется от обратимой мащины 2, обеспечивающей высококачественное напряжение на нагрузке при колебаниях напряжения в сети, в .том числе при «посадках и бестоковых паузах продолжительностью, соответствующей времени автоматического включения резерва на сетевых распредустройствах. При всех этих колебаниях сети обмотка 11 продолжает оставаться обесточенной, так как блокирующий диод 12 в этих случаях запирает ее цепь. При выходе из строя основного источника 1 питания (при полном или частичном исчезновении напряжения, изменении частоты или фазовом сдвиге относительно сетевого напряжения, а также при искажении формы напряжения - повышении несинусоидальности) к обмотке 11 прикладывается напряжение, пропорциональное величине отклонения, и через нее протекает ток, пропорцИональный величине и скорости нарастания напряжения, вызывая размыкания контактов 15 и замыкание контактов. 16 и 17, который включает вспомогательные реле 18, замыкающие контакты 19 которого шунтируют без выдержки времени контакты 16 герконового реле. После этого с минимальной выдержкой времени, обеспечивающеи отсутствие отключения тиристорного коммутатора 10, размыкающий контакт 20 реле 18 разрывает цепь питания обмотки 11 герконового реле. В предлагаемом устройстве герконовое реле одноТременно является и измеритель„ым и исполнительно-командным органом, реагирующим на мгновенные изменения напряжения основного источника, и обеспечивает переход на резерв даже при импульсных помехах и нелилейных искажениях на- ............ „ ....„....„..„.. „...„.„...„,.. „„ пряжения, превышающих по амплитуде 1% линейного напряжения сети, что делает возможным применение предлагаемого устройства для питания самой высокопомехочувствительной аппаратуры. В момент достижения током, протекающим через обмотку 11, значения, достаточкого для срабатывания контактов 15 и 16,проходит коммутация тока нагрузки с основного источника 1 питания на резервный источник 8 питания. Быстродействие переключения достигается тем, что срабатывание контактов 15 и 16 герконового реле происходит при подаче на обмотку 11 напр.яжения не более 25% максимального размаха колебаний мгновенных значений выпрямленного напряжения (для трехфазной мостовой схемы 0,4 кВ при размахе колебаний мгновенных значений 17В, напряжение срабатывания не более 4 В). По окончании коммутации тиристоры 9 основного источника 1 питания закрываются и питание нагрузки осуществляет.ся от резервного источника 8 (сеть) через тиристоры 10. Высокая скорость переключения порядка 0,2 мс обеспечивает отсутствие искажений напряжения при переключении. Применение включаемого одновременно с переключением питания на резерв замыкающим контактом 17 герконового реле вспомогательного реле 18, щунтирующего своими замыкающими контактами 19 замыкающие контакты 16 и разрывающего с выдержкой времени своим размыкающим контактом 20 цепь обмотки 11 герконового реле, исключает повреждение обмотки форсированньш током и обеспечивает надежность при высокой (не.более 0,2 мс) скорости переключения на резерв.; Геометрические центры зазоров используемых размыкающих контактов 15 смещены по отнощению к геометрическим центрам зазоров используемых замыкающих контактов 16 и 17 по 0,2-0,5 длины обмотки герконового реле от ее центра симметрии, что обеспечивает полную синхронизацию начала размыкания и замыкания этих контактов. При смещении контактов на расстояние меньщее, чем 0,2 длины обмотки, коммутация размыкающих контактов происходит быстрее, чем коммутация замыкающих. При увеличении сдвига на расстояние, больщее 0,5 длины обмотки, коммутация замыкающих контактов происходит быстрее, чем коммутация размыкающих. Эти величины сдвига и определяют область надежной работы в режимах переключения на резерв, что достигается за счет различия концентрации магнитных потоков, пронизывающих контакты 15 и 16. Таким образом, снятие сигналов управления с тиристорного коммутатора 9 основного источника 1 питания происходит практически одновременно с подачей сигналов управления на тиристорный коммутатор 10 резервного источника 8 питания. Использование в качестве основного источника 1 питания обратимой электрической мащины 2, приводимой синхронным двигателем 5, повыщает качество напряжения, позволяет исключить из схемы элементы избирательного управления и принудительной коммутации тиристоров .и повыщает надежность устройства в целом, Применение предлагаемого устройства для питания цепей управления ответственных потребителей практически исключит отказы в работе при помехах в энергосети, приносящих больщой экономический ущерб.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТР|ОПИТАНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ, содержащее основной и синхронизированный с ним резервный источники питания, в каждую фазу которых введены встречно-параллельно включенные тиристорные коммутаторы, трехфазные выпрямители, подключенные к основному и резервному источникам питания, герконовое реле, размыкающие и замыкающие контакты которого подключены к управляющим электродам соответствующих тиристорных коммутаторов, отличающееся тем, что с у целью повыщения быстродействия, обмотка гёрконового реле включена между выходами трехфазных выпрямителей через диод и размыкающий /с задержкой срабатывания контакт вспомогательного реле, обмотка которого подключена через замыкающий контакт гёрконового реле к резервному источнику питания, при этом замыкающие контакты гёрконового реле, управляющие тиристорным коммутатором резервного источника, щунтированы замыкающими контактами вспомогательногореле. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью исключения коммутационных искажений напряжения при переключении на резерв, внутри обмотки гёрконового реле размещены две группы переключаюощих герконовых контактов, причем геомет(S рические центры зазоров размыкающих кон(Л тактов смещены по отнощению к геометрическим центрам зазоров замыкающих контактов на 0,2-0,5 длины обмотки от ее центра симметрии. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что, с целью повышения качества напряже-; ния, основной источник питания выполнен в виде обратимой электрической машины с маховиком, приводимой во вращение синхронным двигателем. 00 оо |