Агрегат бесперебойного питания Советский патент 1990 года по МПК H02J9/06 

Изобретение относиггч к электротехнике, а именно к исючникам бесперебойного элемоопитания, и может быть использовано в системах энергоснабжения потребителей переменного тока, не допускающих перерыва питания .

Цель изобр°тения - сокращение количества силового оборудования за счет использования силового коммутатора и согласующего трансформатора для заряда и подзаряда аккумуляторной батареи, улучшение массогабарит- ных показателей, повышение КПД, a также снижение потребляемой от источника переменного напряжения реактивной мощности и уменьшение искажений формы напряжения источника.

На фиг. 1 представлены два вариан та функциональной схемы агрегата бесперебойного питания (штриховыми линиями обозначены дополнительные элементы и связи, относящиеся к второму варианту функциональной схемы)j на фиг. 2 и 3 примеры реализации отдельных блоков агрегата.

В первом варианте исполнения агрегат (фиг. 1) содержит источник 1 переменного тока (сеть) и аккумуляторную батарею (АБ) 2, к клеммам которых подключены входы блоков 3 и 4 контроля напряжения сети и АБ соответственно.

Выход блока 4 соединен с управляющим входом первого переключателя 5. Выход блока 3 соединен с управляющим входами второго переключателя 6, прерывателя 7 синхросигнала и быстродействующего контактора 8. Последний силовыми контактами включен последовательно между источником 1 и на рузкой 9, к которой подключен вход орган.а 10 измерения напряжения. Вывод переменного тока силового коммутатора 11 соединен через согласующий трансформатор 12 и первый датчик 13 тока с нагрузкой 9. Вывод постоянного тока коммутатора 11 через силовую цепь второго датчика 14 тока соединен с г мой АБ 2. Выход с датчика 14 сое иген с первым входом первой схемы 15 сравнения среднего тока АБ. Второй вхол этой схемы соединен с выходом источника Uoni опорного сигнала задания среднего тока АБ. Выход схемы 15 сравнения соединен с первым входом переключателя 5, второй вход которого соединен с выходом второй

0 5

0 5

0

5

0

5

схемы 16 сравнения напряжения АБ 2. Первый вход схемы 16 соединен с клеммой АБ 2, а второй вход соединен с выходом источника опорного сигнала задания напряжения АБ. Выход переключателя 5 соединен с входом усилителя-фильтра 17, выход которого соединен с первым входом первой схемы 18 умножения, второй вход которой соединен с выходом генератора 19 синусоидального опорного напряжения. Вход этого генератора соединен с выходом блока 20 синхронизации, вход которого через прерыватель 7 соединяется с клеммой источника 1. Выход схемы 18 умножения соединен с первым входом третьей схемы 21 сравнения тока сети, второй вход которой соединен с выходом датчика 13 тока. Выход генератора 19 соединен также с первым входом четвертой схемы 22 сравнения напряжения нагрузки, второй вход которого соединен с выходом органа 10 измерения напряжения. Выходы схемы 21 и 22 соединены с соответствующими входами переключателя 6, выход которого соединен с входом сравнивающего усилителя 23, выход которого соединен с управляющим входом блока 24 управления с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Выходы блока 24 соединены с управляющими входами вентилей коммутатора 11 .

Второй вариант исполнения агрегата отличается от первого отсутствием датчика 14 тока для измерения среднего тока АБ и его связи со схемой 15 сравнения, а также наличием двух дополнительных схем: схемы 25 деления и второй схемы 26 умножения. Дополнительные элементы и связи второго варианта исполнения агрегата на схеме фиг. 1 показаны штриховыми линиями. При этом первый вход схемы 15 сравнения, соединенный в первом варианте исполнения с выходом датчика 14 тока, во втором варианте соединен с выходом схемы 25 деления, первый вход которой соединен с клеммой АБ 2, а второй - с выходом схемы 26 умножения, первый вход которой соединен с выходом датчика 13 тока, а второй - с клеммой источника 1.

Агрегат работает следующим образом.

Предположим, что АБ 2 имеет некоторый заряд, достаточный для обеспечения всех элементов и блоков агрегата оперативным питанием, а напряжение источника 1 подано на соответствующие клеммы агрегата. В этих, достаточных для функционирования агрегата, условиях блок 4 выдает сигнал на замыкание соответствующих данному состоянию АБ 2 контактов переключателя 5, а блок 3 контролирует напряжение источника 1 и при нормальных значениях напряжения на его выходе вырабатывает сигнал на включение контактора 8, прерывателя 7 и перевод агрегата в выпрямительный режим посредством замыкания соответствующих контактов переключателя 6. При этом напряжение источника подается на нагрузку 9 и трансформатор 12, а на вход блока 20 синхронизации с клемм источника 1 поступает синхросигнал. С момента подачи оперативного питания блок 2k управления вырабатывает импульсы для управления 1ентилями коммутатора 11, и через датчики 13 и 14 тока протекает ток, соответствующий режиму заряда АБ 2. Если в рассматриваемый момент времени АБ 2 недозаряжена, то блок Ц контроля соединяет вход усилителя-фильтра 17 с выходом схемы 15, которая сравнивает сигнал, пропорциональный среднему значению тока заряда АБ, и сигнал задания по среднему току заряда АБ. На вход усилителя-фильтра 17 поступает разностный сигнал, который после усиления и фильтрации поступает на первый вход схемы умножения, на второй вход которой поступает синхронизированный с напряжением источника 1 синусоидальный сигнал с выхода генератора 19. На выходе схемы 18 умножения формируется синусоидальный сигнал задания по мгновенному значению потребляемого от сети тока.

Этот сигнал поступает на первый вход схемы 21 сравнения, на второй вход которой с выхода датчика 13 тока поступает сигнал, пропорциональный действительному значению тока, потребляемого от сети. Выходной сигнал усилителя 23 путем воздействия на скважность выходных импульсов блока 24 управления устанавливает ток заряда АБ соответствующим заданному и поддерживает значение этого тока неизменным.

В рассматриваемом режиме работы агрегата возмущающими факторами могут являться изменения напряжения сети

переменного тока и увеличение внутреннего сопротивления АБ в процессе ее заряда. По мере заряда АБ зарядный ток уменьшается и на выходе схемы 15

сравнения возникает сигнал рассогласования, который проходит через уси- лигель-фильтр 17, схему 18 умножения и приводит к появлению сигнала рас,, согласования на входе усилителя 23, который, воздействуя на скважность импульсов управления вентилями коммутатора 11, увеличивает приложенное к АБ напряжение. При этом зарядный ток

,- увеличится -и сигнал рассогласования снова примет нулевое значение. Аналогично агрегат реагирует на изменения напряжения источника 1.

Когда в процессе заряда напряжение

0 АБ возрастает до значения, при котором на выходе блока 4 возникает сигнал переключения контактов переключателя 5 агрегат с режима стабилизации зарядного тока переключается на режим

5 стабилизации подзарядного напряжения - поступает разностный сигнал действительного значения напряжения АБ и сигнала задания установленного значения. В этом режиме формирование

(, синусоидального задания по мгновенно- му значению потребляемого от сети тока осуществляется аналогично описанному выше.

Работа агрегата во втором варианте исполнения отличается от описанного

5 только средствами формирования среднего значения зарядного тока. При этом необходимо учесть, что датчик 14 среднего тока АБ во втором варианте отсутствует. Сигнал, пропорциональный среднему току АБ, формируется , схемами 25 и 26 соответственно деления и умножения.

На первый вход схемы 26 умножения поступает сигнал с выхода датчика 13 тока, пропорциональный потребляемому от сети току. На второй вход этой схемы поступает сигнал напряжения сети от источника 1. Результат умножения сигналоь тока и напряжения соответствует потребляемой от сети в процессе заряда АБ активной мощности. Сигнал, пропорциональный активной мощности, подается на второй вход схемы 25 деления. На первый вход этой

схемы поступает сигнал, пропорциональный напряжению АБ. Сигнал на выходе схемы 25 деления является результатом деления потребляемой от сети актив0

5

0

ной мощности на напряжение АБ и соответствует среднему току АБ. Этот сигнал поступает на вход схемы 15 и сравнивается с сигналом задания установленного тока. Дальнейшее прохождение сигналов аналогично первому варианту.

Необходимо отметить, что сигнал на выходе схемы 25 деления содержит также составляющую, зависящую от потерь в агрегате, поэтому этот вариант может быть использован в случаях, когда не требуется высокая точность стабилизации зарядного тока АБ. В подзарядном режиме этот фактор к существенным погрешностям не приводит, так как погрешность, обусловленная потерями в этом режиме, незначительна „

Во всех рассмотренных режимах работы агрегата потребляемый от сети ток основной частоты имеет синусоидальную огибающую с наложением составляющей с несущей частотой ШИМ. Выходное напряжение генератора 19 опорного напряжения синхронизируется с напряжением сети, поэтому фаза потребляемого от сети тока в выпрямительном режиме работы агрегата практически совпадает с фазой напряжения сети переменного тока, и коэффициент мощности агрегата в этом режиме имеет высокое значение.

При аварийном отключении источника 1 или отклонениях параметров его напряжения от допустимых значений блок 3 выдает сигнал на отключение контактора 8 и переключение контактов переключателя 6. В этот Момент на входе усилителя 23 сигнал задания по мгновенному значению потребляемого от сети тока заменяется сигналом задания по напряжению нагрузки. При этом в выпрямительном режиме и в момент переключения переключателя 6 сигнал задания по напряжению синхронизировано с напряжением источника 1, а сигнал задания по мгновенному значению потребляемого тока находится в противофазе по отношению к напряжению источника 1 При переключении переключателя 6 фазы импульсов управления, поступающие на противофазные вентили силового коммутатора 11, меняются на 18 0 эл. град.#

to

15

20

25

30

35

40

45

50

режиме (в момент переключения) фаза переменного напряжения агрегата, пос тупающего на нагрузку, совпадает с фазой напряжения источника 1.

Стабилизация переменного выходного напряжения агрегата осуществляетс по сигналу обратной связи с выхода органа 10 измерения напряжения рузки.

Когда параметры напряжения источника 1 восстанавливаются, блок 3 с задержкой времени, необходимой для вхождения генератора 19 в синхронизм выдает сигнал на включение контактора 8 и переключение переключателя 6. В этом случае переход питания на|- рузки от АБ к источнику 1 происходит при совпадающей фазе напряжений агре гата и сети, поэтому в переходном режиме броски тока не возникают. Пос ле включения контактора 8 ранее замк нутые контакты переключателя 6 размы каются, а разомкнутые замыкаются и агрегат автоматически переходит в режим заряда или подзаряда аккумуляторной батареи.

Пример реализации первого вариант исполнения агрегата в части формирования входных сигналов схемы сравнения тока сети приведен на фиг. 2. В качестве датчика 1 тока АБ использован стандартный измерительный шунт сигнал которого усиливается усилителем 27- Схемы 15 и 16 сравнения ре- зистивного типа. Схема 15 выполнена на резисторах 28 и 29, а схема 16 - на резисторах 30 и 31. Задание заряд ного тока устанавливается резистором 29, а задание напряжения подзаряда резистором 31. В блоке k контроля напряжения АБ в качестве измерительного органа использован резистивный делитель 32 напряжения. Выход делите ля 32 связан с входом компаратора 33, вырабатывающего сигнал управления переключателем 5, который выпол- нен на стандартном аналоговом ключе. В качестве датчика 13 тока использован трансформатор тока, а в качестве схемы 18 умножения - серийный ана логовый перемножитель.

Пример реализации блока 2k упоав- ления с ШИМ приведен на фиг. 3. Блок 2Ц содержит релаксационный генератор

агрегат переходит в инверторный режим 55 треугольного напряжения, модуляo

5

0

5

0

5

0

5

0

режиме (в момент переключения) фаза переменного напряжения агрегата, поступающего на нагрузку, совпадает с фазой напряжения источника 1.

Стабилизация переменного выходного напряжения агрегата осуществляется по сигналу обратной связи с выхода органа 10 измерения напряжения рузки.

Когда параметры напряжения источника 1 восстанавливаются, блок 3 с задержкой времени, необходимой для вхождения генератора 19 в синхронизм, выдает сигнал на включение контактора 8 и переключение переключателя 6. В этом случае переход питания на|- рузки от АБ к источнику 1 происходит при совпадающей фазе напряжений агрегата и сети, поэтому в переходном режиме броски тока не возникают. После включения контактора 8 ранее замкнутые контакты переключателя 6 размыкаются, а разомкнутые замыкаются и агрегат автоматически переходит в режим заряда или подзаряда аккумуляторной батареи.

Пример реализации первого варианта исполнения агрегата в части формирования входных сигналов схемы сравнения тока сети приведен на фиг. 2. В качестве датчика 1 тока АБ использован стандартный измерительный шунт, сигнал которого усиливается усилителем 27- Схемы 15 и 16 сравнения ре- зистивного типа. Схема 15 выполнена на резисторах 28 и 29, а схема 16 - на резисторах 30 и 31. Задание зарядного тока устанавливается резистором 29, а задание напряжения подзаряда резистором 31. В блоке k контроля напряжения АБ в качестве измерительного органа использован резистивный делитель 32 напряжения. Выход делителя 32 связан с входом компаратора 33, вырабатывающего сигнал управления переключателем 5, который выпол- нен на стандартном аналоговом ключе. В качестве датчика 13 тока использован трансформатор тока, а в качестве схемы 18 умножения - серийный аналоговый перемножитель.

Пример реализации блока 2k упоав- ления с ШИМ приведен на фиг. 3. Блок 2Ц содержит релаксационный генератор

5 треугольного напряжения, модуля

Изобретение относится к электротехнике, а именно к источникам бесперебойного электропитания, и может быть использовано в системах электроснабжения потребителей, недопускающих перерыва питания. Цель изобретения - сокращение количества силового оборудования за счет использования силового коммутатора для заряда и подзаряда аккумуляторной батареи, улучшение массогабаритных показателей, повышение КПД, а также снижение потребляемой от источника переменного напряжения реактивной мощности и уменьшение искажений формы напряжения источника. Агрегат бесперебойного питания выполнен на основе импульсно-модулированного обратимого статического преобразователя (коммутатора) 11, который при нормальных параметрах источника 1 переменного напряжения работает как выпрямитель и осуществляет заряд или подзаряд аккумуляторной батареи (АБ) 2, а при аварии источника 1 автоматически переходит в режим инвертирования и поддерживает непрерывным питание нагрузки 9. При этом коммутатор 11 в режиме выпрямителя потребляет от источника 1 синусоидальный ток, а в режиме инвертора формирует на нагрузке 9 синусоидальное стабилизированное напряжение. В переходных режимах благодаря наличию блока 20 синхронизации отсутствуют броски тока. В режиме выпрямителя коэффициент мощности коммутатора 11 близок к единице. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

и на нагрузку поступает переменное синусоидальное напряжение, причем источником является АБ 2. В переходном

тор 35 выполненный по схеме компаратора, распределители импульсов управления, выполненные на логических

элементах 36 и 37 и усилители-формирователи 38 и 39 управляющих импульсов. На вход модулятора 35 поступают выходные сигналы усилителя 23 и генератора 3, при этом на выходе модуля- тора образуются импульсы, по ширине модулированные по синусоидальному закону. Эти импульсы через логические элементы 36 и 37 поступают на входы усилителей-формирователей 38 и 39, выходы которых связаны с входами противофазных вентилей 0 и 1 коммутатора 11 .

Формула изобретения

,-

10

15

20

30

2535 5055

40

45

блок синхронизации и прерыватель синхросигналов, причем управляющий вход первого переключателя соединен с выходом блока контроля напряжения аккумуляторной батареи, первый и второй входы первого переключателя соединены с выходами соответственно первой и второй схем сравнения, а выход через усилитель-фильтр соединен с первым входом первой схемы умножения, второй вход которой соединен с выходом генератора синусоидального опорного напряжения и с первым входом четвертой схемы сравнения, а выход - с первым входом третьей схемы сравнения, второй вход которой соединен с выходом первого датчика тока, а выход - с первым входом второго переключателя, второй вход которого соединен с-выходом четвертой схемы сравнения, второй вход которой соединен с выходом органа измерения напряжения, управляющий вход второго переключателя соединен с выходом блока контроля напряжения сети и управляющим входом прерывателя синхросигнала, выход второго переключателя соединен с входом сравнивающего усилителя, вход генерато-- ра синусоидального опорного напряжения соединен через включенные последовательно блок синхронизации и прерыватель синхросигнала с входом блока контроля напряжения сети, первый вход первой схемы сравнения соединен с выходом органа измерения среднего тока аккумуляторной батареи, второй вход - с источником опорного сигнала задания среднего тока аккумуляторной батареи, первый вход второй схемы сравнения соединен с входом блока контроля напряжения аккумуляторной батареи, а ее второй вход - с источником опорного сигнала задания напряжения аккумуляторной батареи.

И

Фиг.З

выход соединен с вторым входом схемы деления, первый вход которой соединен с первым входом второй схемы сравнения, а выход схемы деления является выходом органа измерения среднего тока акку-1 муляторной батареи.

F- K- Tb

«1

..j i«±±d J