УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ НАГРУЗКИ Советский патент 1994 года по МПК H02J9/00 

Изобретение относится к системам электроснабжения и может найти применение для обеспечения качественным электропитанием ответственных потребителей, включая периоды временного отключения промышленной сети или ее работы в аварийном режиме.

Цель изобретения - повышение качества электроэнергии, подводимой к нагрузке и увеличение продолжительности поддержаний этой энергии в периоды временного отключения промышленной сети или ее аварийных режимов.

На чертеже изображено предлагаемое устройство, функциональная схема.

Устройство содержит электромашинный преобразователь постоянного тока в переменный (ЭМП) 1, к выходу которого подключена нагрузка 2, электромеханический накопитель энергии (ЭМНЭ) 3, шины постоянного тока 4, машину постоянного тока (МПТ) 5, пускатель (П) 6, синхронный генератор (СГ) 7, регулятор напряжения (РН) 8, регулятор частоты (РЧ) 9, обмотку возбуждения 10, маховик (М) 11, машину постоянного тока (МПТ) 12, пускатель (П) 13, обмотку возбуждения 14, асинхронную машину (АМ) 15, первую группу конденсаторов возбуждения (КВ1) 16, вторую группу конденсаторов возбуждения (КВП) 17, группу размыкающих контактов 18 первого реле (Р₁) 19, первый замыкающий контакт 20 реле 19, замыкающий 21.1 и размыкающий 21.2 контакты кнопки пуска, второй 22 и третий 23 замыкающие контакты реле 19 первый выпрямитель (В₁) 24, группу замыкающих контактов 25 второго реле (Р₂) 26, замыкающие контакты 27 реле 26, замыкающие контакты 28 третьего реле (Р₃) 29, второй выпрямитель (В₂) 30, колебательный контур 31, третий выпрямитель (В₃) 32, выпрямитель тока промышленной сети (В₄) 33, контактор 34.

В качестве электромашинного преобразователя 1 могут быть применены, например, преобразователи типа СПТ-40-50 или СПТ-75-50. Такие преобразователи, имеющие автоматические регуляторы напряжения и частоты, выдают в нагрузку стабильный ток трехфазного напряжения по форме близкий к идеальной синусоиде и не меняет выходных параметров (U и f) при изменении постоянного напряжения на их входе от 320 до 160 В.

В электромеханическом накопителе энергии в качестве машины постоянного тока 12 может быть применена машина постоянного тока с независимой обмоткой возбуждения, например, типа 2ПН200LГУ4, а в качестве асинхронной машины 15, асинхронная машина, например, типа 4А180М4/2У3.

Напряжение возврата реле 19 регулируется на величину 190 В. При уменьшении напряжения на шинах постоянного тока 4 до этой величины реле 19 возвращается и своим контактом 20 отключается от шин постоянного тока 4.

Последовательно с обмоткой возбуждения 14 МПТ 12 и обмоткой реле 26 необходимо поставить резисторы для установки необходимого тока.

Выпрямители могут быть собраны по известным мостовым схемам: 24 и 30 - однофазной, 32 и 33 - трехфазной.

Колебательный контур 31 представляет собой последовательно соединенные катушку индуктивности и конденсатор, подключенные к двум фазам асинхронной машины 15. Последовательно с конденсатором и катушкой индуктивности через выпрямитель 30 включена обмотка реле 29. При частоте напряжения асинхронной машины 15 равной 50 Гц в колебательном контуре 31 наступает резонанс напряжений, что приводит к увеличению тока в обмотке реле 29 и его срабатыванию.

Устройство работает следующим образом.

После включения контактора 34, выпрямленное выпрямителем 33 напряжение промышленной сети появляется на шинах постоянного тока 4. Машина постоянного тока 5 включается пускателем 6 и врезает вал синхронного генератора 7, после чего на нагрузке 2 появляется трехфазное напряжение. При кратковременном нажатии на кнопку пуска ее замыкающий контакт 21.1 подключает обмотку реле 19 к шинам постоянного тока 4, реле срабатывает и своим контактом 20 подключается к шинам 4. Одновременно с этим группа размыкающих контактов 18 реле 19 размыкает вторые обкладки первой группы конденсаторов возбуждения 16, третий замыкающий контакт 23, замыкаясь, подает напряжение с выхода выпрямителя 24 на обмотку возбуждения 14. Второй замыкающий контакт 22 реле 19 замыкает цепь между шинами 4 и пускателем 13 машины постоянного тока 12, которая после включения пускателя 13 разгоняется и работает в режиме двигателя, близком к режиму холостого хода с небольшим потреблением энергии на покрытие потерь в подшипниках и на поддержание вращения маховика 11 и ротора асинхронной машины 15, причем, последняя находится в невозбужденном состоянии.

В случае временного отключения промышленной сети машина постоянного тока 12 переводится в генераторный режим и поддерживает напряжение на шинах 4, используя энергию, запасенную в маховике 11.

По мере расходования энергии скорость вращения маховика 11 замедляется, что приводит к уменьшению напряжения на зажимах генератора 12, т. к. напряжение на его обмотке возбуждения 14 остается постоянным.

Когда напряжения на шинах 4 достигнет 190 В, реле 19 возвращается и своим контактом 20 отключается от шин 4. Одновременно с этим контакт 22 отключает машину постоянного тока 12 от шин 4, контакт 23 разрывает цепь обмотки возбуждения 14, а группа контактов 18 замыкает вторые обкладки первой группы конденсаторов возбуждения 16 асинхронной машины 15, которая возбуждается и становится генератором переменного тока, используя энергию вращения маховика 11. На выходе выпрямителя 32 появляется ток, который идет на шины 4 и далее через преобразователь 1 - к нагрузке 2. В этот момент напряжение на шинах 4 поднимается до 320 В, при этом скорость маховика 11 составляет ≈2200 об/мин, а частота напряжения асинхронной машины 15 ≈ 70 Гц.

При дальнейшем уменьшении скорости вращения маховика 11 частота и величина напряжения генератора 15 падают. Когда напряжение на шинах 4 уменьшится до 180 В, этому будут соответствовать скорость вращения маховика 11 около 1500 об/мин и частота напряжения генератора 15 около 50 Гц. На этой частоте в колебательном контуре 31 наступает резонанс напряжений. Выпрямленный выпрямителем 30 возросший ток в обмотке реле 29 вызывает срабатывание этого реле, и его контакты 28 подключают обмотку реле 26 к выпрямителю 24. В свою очередь, реле 26 срабатывает подключаясь контактом 27 к выпрямителю 24. Группа контактов 25 реле 26 замыкает между собой вторые обкладки второй группы конденсаторов возбуждения 17, подключая их параллельно первой группе конденсаторов возбуждения 16. Увеличение емкости конденсаторов возбуждения вызывает увеличение напряжения на зажимах генератора 15, и напряжение на шинах 4 увеличивается со 180 до 294 В.

Дальнейшее замедление вращения маховика 11 приводит к следующему циклу уменьшения напряжения на шинах 4. Когда напряжение на шинах 4 уменьшится до критической для преобразователя 1 величины 160 В, пускатель 6 отключает преобразователь, и напряжение с нагрузки 2 снимается.

Если же промышленная сеть восстановится раньше, чем исчерпается запас кинетической энергии маховика 11, производится повторный пуск электромеханического накопителя энергии 3 с помощью кнопки пуска как описано выше, причем, размыкающий контакт 21.1 кнопки пуска разрывает цепь между выпрямителем 24 и реле 26, после чего контакт 27 размыкается, реле 26 возвращается, и группа контактов 25, отключает вторую группу конденсаторов возбуждения 17 от фаз асинхронной машины 15.

Увеличение времени поддержания напряжения на нагрузке может осуществляться подключением дополнительных групп конденсаторов возбуждения к фазам асинхронной машины с помощью колебательных контуров, в которых резонанс напряжений наступает на меньших частотах.

Время t поддержания напряжения на нагрузке определяется по формуле
t = [c] , где I - момент инерции маховика, Вт˙с³;
ω_макс, ω _мин - максимальная и минимальная угловые скорости маховика, 1/с;
Р_н - мощность нагрузки, Вт;
η_п, η _н - КПД электромашинного преобразователя и электромеханического накопителя энергии. (56) Заявка ФРГ N 2853207, кл. H 02 J 3/30, 1980.

Изобретение относится к системам электроснабжения и может найти применение для обеспечения качественным электропитанием ответственных потребителей, включая периоды временного отключения промышленной сети или ее работы в аварийном режиме. Цель - повышение качества электроэнергии, подводимой к нагрузке и увеличение продолжительности поддержания этой энергии в периоды временного отключения промышленной сети или ее аварийных режимов. Электромашинный преобразователь (ЭМП) 1 питает нагрузку 2. Электромеханический накопитель энергии (ЭМНЭ) 3 подключен к сети 4. ЭМП 1 снабжен регуляторами 8 и 9 для стабилизации напряжения (Н) и частоты и допускает понижение Н на входе на 45% . ЭМНЭ 3 выполнен в виде соединеных общим валом с маховиком (М) 11 машины постоянного тока (МПТ) 12 и асинхронной машины (АМ) 15. МПТ 12 работает в двигательном режиме и вращает М 11 и ротор АМ 15 в невозбужденном состоянии. При исчезновении Н сети 4 МПТ 12 переходит в генераторный режим и передает запасенную энергию М 11 нагрузке 2. Выпрямитель 33 исключает шунтирование МПТ 12. После снижения скорости вращения М 11 до определенной величины реле 19 отключает МПТ 12 и подключает первую группу конденсаторов возбуждения (КВ) 16 к фазам АМ 15, последняя возбуждается и через выпрямитель 32 продолжает питать нагрузку 2. При дальнейшем снижениии скорости вращения М 11 колебательный контур 31 вызывает подключение пополнительной группы КВ 17 к фазам АМ 15, которая довозбуждается, что приводит к дополнительному увеличению времени питания нагрузки 2. 1 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ НАГРУЗКИ, содержащее выпрямитель тока промышленной сети, вход которого соединен через выключатель с промышленной сетью, преобразователь постоянного тока в переменный, выход которого подключен к нагрузке, и электромеханический накопитель энергии с маховиком, отличающееся тем, что, с целью повышения качества электроэнергии, подводимой к нагрузке, и увеличения продолжительности поддержания этой энергии в периоды временного отключения промышленной сети или ее аварийных режимов, в него введены первый, второй и третий выпрямители, первая и вторая группы конденсаторов возбуждения, первое реле с группой размыкающих контактов и первым, вторым, и третьим замыкающими контактами, второе реле с группой замыкающих контактов и замыкающим контактом, третье реле с замыкающим контактом, замыкающий и размыкающий контакты кнопки пуска и колебательный контур, причем преобразователь постоянного тока в переменный содержит соединенные общим валом машину постоянного тока преобразователя, оснащенную регулятором частоты и подключенную через пускатель преобразователя к шинам постоянного тока, с оснащенным регулятором напряжения синхронным генератором, три фазы которого, являющиеся выходом преобразователя, подключены к первому выпрямителю, электромагнитный накопитель энергии содержит соединенные общим валом с маховиком машину постоянного тока накопителя и асинхронную машину, к трем фазам которой подключены первые обкладки первой и второй групп конденсатором возбуждения, вторые обкладки первой группы соединены между собой группой размыкающих контактов первого реле, обмотка которого подключена к шинам постоянного тока через соединенные параллельно первый замыкающий контакт этого реле и замыкающий контакт кнопки пуска, вторые обкладки второй группы соединены между собой группой замыкающих контактов второго реле, обмотка которого через соединенные параллельно замыкающий контакт этого реле и замыкающий контакт третьего реле и через размыкающий контакт кнопки пуска соединен с выходом первого выпрямителя, обмотка третьего реле соединена последовательно через второй выпрямитель с колебательным контуром, подключенным к двум фазам асинхронной машины, вход третьего выпрямителя подключен к трем фазам асинхронной машины, а выход подключен к шинам постоянного тока, к которым через последовательно соединенные второй замыкающий контакт первого реле и пускатель накопителя подключена машина постоянного тока накопителя, обмотка возбуждения которой соединена через третий замыкающий контакт первого реле с выходом первого выпрямителя, а выход выпрямителя тока промышленной сети подключен к шинам постоянного тока.