Устройство для резервирования источников электропитания Советский патент 1991 года по МПК H02J9/06 

О)

о VI

сл

3 контроля исправности, и соответствующее реле 4 своим контактом (К) 5 отключает ЭД 6 от ОИП 1. Сигнал, пропорциональный частоте выбегающего ЭД 6, снимаемый с соответствующего датчика 10 скорости, через замкнутый К 16 реле 4, К 22 реле 12 изадат- чик 7 подается на вход резервного источника питания (РИП) 2, устанавливая на его выходе частоту выходного напряжения, пропорциональную частоте выбегающего ЭД 6. Одновременно в блок 9 синхронизации подаются импульсы задающего генератора и выходное напряжение РИП 2, а через замкнутые К 17 соответствующего реле 4 - ЭДС выбегающего ЭД 6. В момент совпадения фаз ЭДС выбегающего ЭД 6 и выходного напряжения РИП 2 выходной сигнал блока 9 синхронизации через соответствующий логический блок 11 приводит к срабатыванию реле 12, которое соответствующим К 22 размыкает цепь слежения и соответствующим К 21 подключает источник 8 задающего сигнала через задатчик 7 к входу РИП 2 Происходит разгон соответствующего ЭД 6 до скорости, соответствующей вышедшему из строя ОИП. 7 ил.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для питания ответственных потребителей. Цель изобретения - расширение области применения за счет использования в качестве источника электропитания источников переменной частоты и напряжения, предназначенных для питания нафузки в виде асинхронных двигателей В нормальном режиме каждый из основных источников питания (ОИП) 1 питает соответствующий асинхронный электродвигатель (ЭД). При выходе из строя одного из ОИП 1 срабатывает соответствующий блок ЗВп

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для питания ответственных потребителей.

Цель изобретения - расширение области применения за счет использования в качестве источника электропитания источников переменной частоты и напряжения, предназначенных для питания нагрузки в виде асинхронных электродвигателей.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для резервирования источников электропитания; на фиг. 2 - пример выполнения источника питания переменной частоты и напряжения, на фиг. 3 и 4 - Функциональные узлы дискретного измерения фаз векторов ЭДС электродвигателя и напряжения резервного источника питания; на фиг. 5 - принципиальная схема за- датчика; на фиг. 6 и 7 - временные диаграммы работы узлов дискретного измерения фаз векторов ЭДС электродвигателя и напряжения резервного источника питания.

Устройство для резервирования источников электропитания (фиг. 1) содержит основные источники 1i1n питания, резервный источник 2 питания, блоки 3iЗп

контроля исправности основного источника 1 питания с выходными электромагнитными реле 4i4П, через контакты 5i5П которых к асинхронным электродвигателям

6i бп подключены основные источники

1i1П питания, задатчик 7. подключенный

к входу резервного источника 2 питания,

источники 8i8П задающею сигнала,

подключенные к первым входам основных источников 1 i,...,1n питания, блок 9 синхронизации, датчики 10110п скорости по числу электродвигателей 6i6п, логические

блоки 11i11П с выходными исполнительными реле 12i12П. первую 13 и вторую 14

логические схемы ИЛИ, первую логическую

схему И 15, контакты 16i16n, 17i17П и

18i18n, третью логическую схему ИЛИ 19.

вторую логическую схему И 20. а также кон- такты 21i21П и 22i22П. Датчики

Ют10П скорости электродвигателей

6iбп через последовательно соединенные логические схемы ИЛИ 13 и И 20 присоединены к первому входу задатчика 7. первый и второй входы блока 9 синхронизации - соответственно к первому и второму выходам резервного источника 2 питания, третий вход блока 9 синхронизации через логическую схему ИЛИ 14 - к статорным обмоткам асинхронных электродвигателей

6iбп, а выход блока 9 синхронизации - к

входам логических блоков 11i11П с выходными исполнительными реле 12i12п.

через контакты 23i23n которых второй

выход резервного источника 2 питания соединен с соответствующим электродвигателем 6iбп, выходы источников 8i8п

задающего сигнапа через логическую схему ИЛИ 19 подключены к первому входу задатчика 7. Цепь логической схемы И 15 соединена с вторым и третьим входами задатчика 7. Каждый логический блок 11 содержит логические элементы И 24 и ИЛИ 25, причем первый вход логического элемента ИЛИ 25 является входом логического блока 11, а

второй вход присоединен к выходу логического элемента И 24, к входам которого подключены соответственно выход логического элемента ИЛИ 25 и источник 26 питания (через контакт 27) а к выходу логического

элемента И 24 присоединено исполнительное реле 12.

Резервный источник 2 питания содержит последовательно соединенные управляемый выпрямитель 28, фильтр 29 и

инвертор 30. Выпрямитель 28 присоединен к сети 31, а выход 32 инвертора является вторым выходом источника 2. Вход 33 является первым входом источника г,итлния и соединен через блок 34 управления ып| я мителем с выпрямителем 28 а такх чср t последовательно соединенные упрзг me мый генератор импульсов 35 и блок 36 уп равления инвертором - с инвертором 30 Выход 37 генератора 35 является первым выходом источника 2 питания

По такой же схеме выполняемся и основные источники питания 1i 1П но у ни нет выводов 37

Блок 9 синхронизщации содержит пер вый узел 38 дискретного измерения фа-isi (фазы вектора напряжения ре 1лрвнпго iu точника питания) входы которого чвлячлся первым и вторым входами бюкт 9 гинхро низац.т второй узел 39 дискретного изм рения (Фазы вектора ДС и,нн ронппгс электрэмвигателя пход которого япляетя третьим входом блока 9 синхрон чпции и цифровой компаратор 10 причем выходи узлов 38 и 39 дискрртно о измерения 4 u присоединены к вводам цифрового кпмпт ратора 40 выход которого ягляет т оько дом блока 9 синхронизации

Узел 39 дискретного изморена фтзн вектора ЭДС электродвигателя (Фиг 3) го держит Д|1енадм.т1фззныи трансформптор 41 сход которО о является н/одом , ла 3° двенадцать формиро эгел и 42| 12ц схему 43 юнтсо/ы чет ногти первчи 11 то рой 45 и третий 55 одновибгзаторп пернпи логический элемент ИЛИ ИГ 47 первый двоичный счетчик 48 в1 иод кот iporo ЯРЛЯ ется выходом ул,| 39 причем РНХОДМ две нэдцэгифагного грэнсформсзторч 41 через формирователи 42 присоединен i лодлм 43 контооля четности а се прямой и инверсный выходы через одновибртторы 45 46 соединен с первый и ртор IM вводами логического элемента И ПИ HL 47 выход которого подключен у счетному еходу дпо ичного счетчика 43 вход установки Н/ЛР ко торого через одновибратор 44 соединен с выходом формиро этеля 42i

Узел 38 дискретною измерена ин вектора напряжения резервного иоточни.а питания (фиг 4) содержит счетнни трит р 49. вход которого рртя ся пе| i м узла 38 мно итель 50 частоты на четнре включающий последовательно соечин н ные два умножителя 51 52 на дот пергыи 53 и второй 54 элементы НЕ четверть и 35 пятый 56 и шестой 57 одновиг)раторы трехфазный трансформатор 58 пход которого является вторым входом узлт ЗР второй двоичный счетчик 59, выхот которого является выходом узла 38. второй элемент ИЛИ-НЕ 60, тринадцатый формирователь

61 причем последовслеш но соединенные

чотмчй ipniirp4Q умножитель 50 частоты

н 1 етыре эле«-,емт МС 53 и одновибрэтор56

присое ичени к второму входу элемента

1 V HE 60 к первому входу которого через OflHounfipa ion 55 подключен вькод умножи теля 50 зстоты на четыре а выход элемент а ИЛИ Н1 оО соединен со счетным входом двоичного счет сика 59, вход установки путч

которого через последовательно соединенные трехфазный трансформатор 51, форм 1 рователь 61 элемент НЕ 54 и одновибраюр 57 связан с вторим входом узла 38

Зядатчик 7 (фиг 5) содержит суммирую

щии угипитель б и интегратор 63 Один вход угилителя 62 является первым входом зпдчгчика 7 А другой пход усилителя 62 со единен с выходом интегратора 63 Выход 1 нгегратр,) является одновременно выхо

лом чрдатчика 7 На входе интегратора 63 резне торы 61 и 65 причем гырал- лечьно резистору 64 через второй и третий входы задатчикэ 7 присоединена логиче гкач схема И 15 с размыкающими контактами 18 При разомкнутом контакте 18 по топнчая премени интегратора 63 рапна ( , FVsj Г (id а при замкнутом контакте 18 она гппавляег Rf)ri Cor причем резисторы гч ibHpniiTCя так что

VP, rR(s) Г« , -N Р(Л Ггг,

где RI 1 Г ri сопротипления резисторов 64 I- С1;

Сгп емкость рндонсатора 66 Устройство ра()отает следующим обра

зим

В нормальном режиме работы кажд(1и и основных источников 1 питания питает соотиетс i nу ющии асинхронный электро- дсигг тг ль 6 размыкающий контакт 5

электромагнитного реле 4 Частота и напряжение саждого из основных источников 1 опред 1Я1С гея уровнем напряжения на вы- xo/ie соответствующего источника задаю- Щсгс сигнала 8 Напряжение и частота на

выходе основного источника связаны из ВРМНИЧ законом частотного управления асинхрочннм электродвигателем U/f const Р нервный источник 2 питания работает в рг IMP i of ячего резерва с начальными зна смичми чястоты и напряжения но его вы уод подключен к электродвигателям 6 Ре оррнииисточник 2 питания(фиг 2)пред- стчрняет ( тбти преобразователь частоты причем его функциональная схема аналогична с кем 1 герийно выпускаемого преоб разова еля чэстоты ЭКТ 2

Резервный источник работает следующим образом Сигнал задания с входа 33 поступает на входы блока 34 управления

выпрямителем и управляемого генератора 35 импульсов. Импульсы с выхода блока 34 воздействуют на тиристоры управляемого выпрямителя 28 таким образом, что на его выходе, а следовательно, и на выходе инвертора 30 устанавливается напряжение, лро- порционэльное сигналу задания. Генератор 35 представляет собой линейный преобразователь напряжение-частота, формирующий на своем выходе 37 импульсы с частотой, в 6 раз превышающей частоту выходного напряжения (на выходе 32) преобразователя частоты. Блок 36 управления инвертором формирует и распределяет полученные импульсы по тиристорам инвертора 30. В результате на выходе резервного источника 2 устанавливается напряжение и частота, пропорциональные сигналу задания на входе 33 в соответствии с законом частотного управления.

Блоки 3iЗп контроля исправности основных источников питания соответственно

111П контролируют величину выходного

напряжения преобразователей частоты и его форму. Блоки 31Зп выдают сигнал неисправности в двух случаях:

1)если величина выходного напряжения преобразователя частоты по каким либо причинам меньше минимально возможной, соответствующей минимальной рабочей частоте (например, при 5 Гц и 38 В):

2)при появлении неисправности преобразователя частоты, приводящей к искажению формы его выходного напряжения.

При выходе из строя одного из основных источников 1 питания срабатывает соответствующий блок 3 контроля исправности и соответствующее электромагнитное реле 4. Размыкающий контакт 5 реле 4 отключает соответствующий электродвигатель 6, и электродвигатель начинает выбег. Контакты 16 и 17 соответствующих реле 4 замыкаются в соответствующих логических схемах ИЛИ 13 и 14. Контакт 27 реле 4 замы кается только в одном логическом блоке 11 и подает питание от источника 26 на один вход логического элемента И 24. На другом входе элемента И 24 имеется нулевой сигнал. При выбеге электродвигателя 6 в его статорных обмотках наводится ЭДС, частота которой пропорциональна частоте вращения ротора электродвигателя 6. Частота ЭДС измеряется соответствующим датчиком 10 скорости. Сигнал частоты с датчика скорости передается через логические схемы ИЛИ 13 и И 20 на вход задатчика 7 и далее на вход резервного источника 2. Так как контакты 18 схемы И 15 замкнуты (фиг. 5), (реле 12 еще не сработало), то постоянная времени задатчика 7 мала, и частота на выходе резервною

источника 2 практически равна частоте ЭДС выбегающего электродвигателя 6. Суш ст- вует небольшая разница частот на выходе резервного источника 2 и частоты ЭДС двигателя, обусловленная инерционностью задатчика 7. Зга разница частот обеспечивает взаимное изменение положения соответствующих вращающиеся векторов.

Одновременно при выбеге электродви0 гателя 6 на первый и второй входы блока 9 синхронизации подаются выходное напряжение и импульсы системы управления резервного источника питания, а через логическую схему ИЛИ 14 на третий вход 5 напряжение на зажимах выбегающего электродвигателя 6. характеризующее ЭДС электродвигателя. Блок 9 обеспечивает измерение и сравнение фаз напряжения резервного источника питания 2 и фазы ЭДС

0 выбегающего электродвигателя с помощью узлов 38 и 39 и цифрового компаратора 40. При нахождении напряжения резервного источника 2 и ЭДС выбегающего электродвигателя 6 в противофазе с точностью 15

5 эл. град, на выходе блока 9 появляется импульсный сигнал, который поступает на входы логических блоков 11. В одном из логических блоков 11 на вход схемы И 24 подается сигнал от источника 26 через

0 контакт 27 (этот логический блок 11 соответствует вышедшему из строя основному источнику 1 питания). Сигнал с выхода блока 9, пройдя через элемент ИЛИ 25 этого логического блока 11. поступает на второй вход

5 элемента И 24, и на выходе этого элемента появляется единичный сигнал, который блокирует по второму входу элемента ИЛИ 25 импульсный сигнал с блока 9 и включает соответствующее исполнительное реле 12.

0 Замыкающий контакт 23 реле 12 подключает соответствующий электродвигатель 6 к резервному источнику 2 питания при выполнении двух условий:

1)примерное равенство частот источни- 5 ка 2 и асинхронного двигателя: .

2)напряжение резервного источника питания и ЭДС электродвигателя находятся в противофазе.

Выполнение этих условий обеспечивает 0 минимальный ударный ток при подключении электродвигателя 6 к источнику питания с переменной частотой и напряжением.

Контакт 22 реле 12 в схеме И 20, размыкаясь, обрывает цепь слежения за частотой 5 соответствующего электродвигателя 6. Через схему ИЛИ 19 и один из замыкающих контактов 21 реле 12 на вход эадатчикэ 7 и на вход резервного источника 2 питания подается сигнал с источника 8 задающего сигнала, соответствующий частоте и напряжению вышедшего из строя основного источника 1 питания. При включении соответствующего реле 12 размыкающий контакт 18 в схеме И 15 размыкается, и п цепи эа- датчика 7 (фиг. Б) включается резистор 64. Постоянная задатчика интенсивности увеличивается, что обеспечивает плавное изменение частоты и напряжения на выходе резервного источника при резких изменениях задания на выходе источника 8.

Блок 9 синхронизации работает следующим образом ЭДС одного из выбегающих электродвигателей 6i, 626П через контакты 17i. 17217П реле 4i, 424,, подается

на первичную трехфазную обмотку дые- надцатифазного трансформатора 41 узла дискретного измерения фазы вектоиа ЭДС электродвигателя (фиг. 3. 6). Выходные напряжения трансформатора 41 формируются по форме и амплитуде формиропателями

42i42i2 и подаются на входы схемы из

контроля четности, на в, одах которой фир- мируются последовательности прямых и инверсных импульсов с частотой, о 12 раз большей частоты ЭДС двигателя По переднему и заднем/ фронтам полученных импульсов с помощью одновибраторов 5 и 46 и элемента ИЛИ НЕ 47 формируется последовательность узких импульссн для запуска двоичного счетчика 48 но счетному пходу. На вход установки нуля-счетчика 48 подается импульс сброса, сформированный с помощью однооибратора 44 по переднему фронту импутьса ЭДС фазы Л выбегающего двигателя В результате этого на выходах двоичного счетчика 48 устанавливается пятиразрядный двоичный код, соответствующий текущему положению вектора фазы ЭДС выбегающего двигателя с дискретностью 7,5 эл. град.

Импульсы задающего генератора преобразователя частоты с первого выхода резервного 2 питания поступают на вход счетного триггера 49 узла дискретного измерения фазы вектора напряжения резервного источника 2 (фиг. 4 и 7), i/i.e преобразуются в импульсы со скважностью, равной двум. Полученная частота увеличивается в четыре раза с помощью умножителя 50 частоты на четыре. Далее с помощью элемета НЕ 53, одновибратороп 55 и 56 и элемента ИЛИ-НЕ 60 по переднему и заднему фронтам полученных импульсов формируется последовательность узких импульсов с частотой, в 24 раза шей выходной частоты резервного источника 2 питания. Задними фронтами импульсов с выхода элемента ИЛИ-НЕ 60 запускается двоичный счетчик 59, на вход установки нуля которого подается короткий импульс

сброса, сформированный по заднему фрон- гу импульса напряжения фазы А резеовного источника 2 с помощью трехфазного транс- Форматора 58, формирователя 61, элемента

НЕ 54 и одновибратора 57. В результате этого на выходах счетчика 59 устанавливается пятиразрядный двоичный код,соответствующий текущему положению вектора фазы напряжения резервного источника 2 с

дискретностью 7,5 эл. град.

Формирование импульсов сброса счпт- чика 59 узла 38 по заднему фронту импульса напряжения фазы А резервного источника 2, а импульса сброса счетчика 48 узла 39 по переднему фронту импульса ЭДС фазы А выбегающего двигателя обеспечивает получение на выходах счетчиков 48 и 59 кодов, сдвинутых на 180 эл. град. т.е. в противофа- зе.

Цифровой компаратор 40 сравнивает

коды, поступающие с выходов счетчиков 48 и 59. В момент равенства кодов на выходе цифрового компаратора 40 устанавливается уровень 1.

Таким образом, устройство обеспечивает подключение резервного источника 2 при выходе из строя любого основного источника 1 на любой частоте и при любом напряжении на его выходе.

Формула изобретения

Устройство для резервирования источников электропитания, содержащее основные источники питания, резервный источник питания, средства контроля напряжения основных источников питания с выходными реле по числу этих источников, подключенные к выходам основных источпиков питания и через контакты этих реле - к вькодным клеммам, каждая из которых предназначена для подключения нагрузки соответствующего основного источника питания, отличающееся тем, что, с целью

расширения области применения за счет использования в качестве источника электропитания источников переменной частоты и напряжения, предназначенных для питания нагрузки в виде асинхронных электродвигателей, в него дополнительно введены блок синхронизации, датчики скорости электродвигателей, являющихся нагрузкой соответствующих основных источников питания, логические блоки по числу основных исгочпиков питания с подключенными на выходах исполнительными реле, три логические схемы ИЛИ, выполненные на замыкающих контактах реле, две логические схемы И, выполненные о виде соединенных последовательно размыкающих контактов исполнительных реле, источники задающего сигнала по числу основных источников питания и эадатчик, причем выходы датчиков скорости электродвигателей подключены к входам первой логической схемы ИЛИ, вы- полненной на контактах выходных реле, выход которой через вторую логическую схему И соединен с первым входом задатчика и выходом третьей схемы ИЛИ, выполненной на контактах исполнительных реле, входы которой подключены к выходам соответствующих источников задающего сигнала и первым входам соответствующих основных источников питания, первая логическая схема И соединяет второй и третий сходы задатчика, являющиеся входами цепи изменения постоянной времени задэтчика, выход задатчика подключен к первому входу резервного источника питания, вторые входы основных и резервного источников пита- ния предназначены для подключения к питающей сети, первый и второй входы блока синхронизации подключены соответственно к первому и второму выходам резервного источника питания, третий вход блока синхронизации подключен к выходу второй логической схемы ИЛИ, выпопнен- ной на контактах выходных реле, входы которой подключены к выходным клеммам, соединенным через замыкающие контакты соответствующих исполнительных реле с вторым выходом резервного источника питания, выход блока синхронизации подключен к входам логических блоков, средства контроля напряжения основных источников выполнены в виде блоков контроля исправности основных источников, входы этих блоксп подключены к выходам соответствующих основных источников, в качестве контактов, соединяющих выходы основных источни- ков питания с выходными клеммами, используются размыкающие контакты соответствующих выходных реле, причем блок синхронизации содержит первый узел дискретного измерения фазы, входы кото- рого являются первым и вторым входами этого блока, второй узел дискретного измерения фазы, вход которого является третьим входом этого блока, и цифровой компаратор, входы которого соединены с соответствующими выходами первого и второго узлов дискретного измерения фазы, а выход является выходом этэгс блока, первый узел дискретного измерения фазы содержит счетный триггер, вход которого является первым оходом этого узла, а выход

подключен к входу умножителя частоты на четыре, выход которого через четвертый од- новибратор подключен к первому входу вго- рою логического элемента ИЛИ-НЕ, а через соединенные последовательно первый логический элемент НЕ и пятый одновибратор- к второму входу второго логического элемента ИЛИ-НЕ, вход которого соединен со счетным входом второго двоичного счетчика, выход которого является выходом этого узла, а вход установки нуля этого счетчика через соединенные последовательно шестой одновибратор, второй логический элемент НЕ и тринадцатый формиропатель подключены к выходу трехфазного трансформатора, вход которого является вторым входом этого узла, второй узел дискретного измерения фазы содержит двенадцатифаэ- ный трансформатор, вход которого является входом этого узла, а выходы через формирователи с первого по двенадцатый подключены к соответствующим входам схемы контроля четности, прямой и инверсный выходы которой через соответственно второй и третий одновибраторы подключены к входам первого логического элемента ИЛИ- НЕ, выход которого подключен к счетному входу первого двоичного счетчика, выход которого является выходом этого узла, а вход установки нуля через первый одно- вибратор соединен с выходом первого формирователя, каждый логический блок содержит логический элемент ИЛИ, первый вход которого является входом этого блока, а второй вход подключен к выходу логического элемента И, который является выходом этого блока, первый вход логического элемента И подключен к выходу логического элемента ИЛИ, а второй вход через замыкающий контакт соответствующего выходного реле подключен к источнику питания, резервный источник питания содержит управляемый выпрямитель, к входу управления которого подключен выход блока управления выпрямителем, вход которою является первым входом этого источника питания и подключен к входу генератора импульсов, выход коюрого является первым выходом этого источника питания и через блокуправ- ления инвертором подключен к входууправ- ления инвертора, вход которого подключен через фильтр к выходу управляемого выпрямителя, а выход инвертора является вторым выходом этого источника питания, основные источники питания выполнены аналогично резервному.

0k 3

Bx..

I /5 ,.0 /a I

/8/ /5a ,

fluw

j