Установка гарантированного питания потребителей Советский патент 1991 года по МПК H02J9/06 

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано в автономных системах электроснабжения, а также в системах аварийного или резервного электропитания, где необходимо поддер- живать бесперебойное питание ответственных потребителей электрической энергией требуемого качества.

Целью изобретения является повышение надежности установки и повышение качества питания потребителей.

На фиг. 1 изображена схема установки гарантированного питания потребителей (УГП); на фиг. 2 - продольный разрез электродинамического накопителя (ЭДН); на фиг. 3 - схема регулирования; на фиг. 4 - структурная схема блока контроля и управления.

Установка гарантированного питания потребителей содержит шину ввода 1 от сети первичного источника электроэнергии, блок 2 контроля и управления, схему 3 регулирования, ЭДН л, впускной 5 и распределительный 6 клапаны, ресивер 7, пневмомагистрали 8-12, компрессор 13.

Электродинамический накопитель 4 представляет собой буферный асинхронный двигатель-генератор торцового типа с конденсаторным возбуждением, содержащий статорные обмотки 14 двигателя и 15 генератора, корсткозамкнутый инерционный ротор 16 аксиального типа, лопатки 17 которого расположены по его периметру в полости 18 пневмотурбины, причем подшипники ротора 19 механически разгружены магнитным компенсатором веся 20, а герметичСА

о ш

СА

ность корпуса электродинамического накопители 4 обеспечивается наличием магнитных уплотнителей 21.

Схема 3 регулирования содержит управляемый блоком 2 контроля и управлений коммутирующий узел 22, батарею 23 конденсаторов возбуждения двигателя ЭДН, батарею 24 конденсаторов возбу Јдения ге- нератора ЗДН, регулятор напряжения 25, состоящий из понижающего трансформатора 26, выпрямителя 27 и регулятора 28 тока к обмотке подмагничивани на . 2 не г.оказанз} спинки яксря генератора.

Коммутирующий узеп 22 содержит об- |.;огки 29 и 0, управляющие работой групп ионтзктоз 31 и 32. Первая гр/лпз контактов Г 1 соединена с шиной ввода 1 м служит для подачи питания на статорную обмотку 14 двигателя в номинальном режиме работы ЭДН 4. Вторая группа контактов 32 связана черег батарею 23 конденсаторов возбуждения двигателя с блоком . и служит для подачи питающего напряжения от обчотки 14 двигателя в блок 2, а через него на обмотки управления 29, 30 коммутирующего узла 22 схемы 3, а также на электромагнитные клапаны 5,6 и компрессор 13 при исчезновении питания или нарушении качества электрической энсрп- и нг шине :ввода 1.

Регулятор 25 напряжения соединен своим пыхоцом с обмоткой подмагничива- чия спинки -мератиоа ЭДН 4, а входом - с выходом УГП потребителей. Для обеспечения бесперебойного питания блока 2 и формирования необходимой логики управлении УГП регулятор 25 напряжений через вых. 3 схемы 3 имеет связь с блоком 2 контооля и управления.

Принцип действия регулятора 25 напоя- жеиия основан на изменении адагнь .. дрчктеристмк асинхронного гйнар ;торг. при асздействии постоянной магнито,.вяжущей силы обмотки подмагничивания. Наличие магнитодвижущей силы подмагничивания вызывает изменение магнитное состояния спинки якоря и магнит- HI,JV потоков Б частях спинки якоря генератора. В одной части спинки якоря магнитодвижущая сила подмагничивания и магнитодвижущая сила возбуждения направлены встречно, а ч другой части - со- глаг.но. Это обусловливает разницу в величине потоков о г соответствующих магнитодвижущих сил и изменяет магнитные характеристики генератора, а в конечном итоге влияет на изменение выходного напряжения.

Блок 2 контроля и управления содержит пороговые . элементы 33- Д7, преобразовательный узел 38, электронные ключи 39-44, элемент 45 коммутации, включлюг-чий контактную группу, управляемую обмоткой, и узел 46 управления,

Пороговый элемент 33 своим входом

связан с шиной ввода 1 и через вх.1 схемы 3-е коммутирующим узлом 22, а выходом - со вх.З узла 46 управления и служит для контроля качества напряжения на шина вво- 0 да 1. Пороговый элемент 34 соединен своим входом через батарею конденсаторов 23 с коммутирующим узлом 2° скемы регулиро- эгния 3 (вш.2)ц э дыходо-ч - с вх.2 узла 46 управления и служит дл контроля качеств. 5 напряжения на вих.2 схемы 3. Пороговый элемент 35 своим входом сзязак через регулятор 25 напряжения w EX.2 3 с выходом УГП, а аыходогл - с зх.1 узлг 46 управления и служит для контроля качества 0 напряжения на выходе УГП. Пороговый элемент 36 своим входом соединен с датчиком 47 давления ресивера 7, а выходом - с вх.4 узла 46 управления и служит дня контроля давления в ресивере 7. Поротный элемент 5 37 своим входом соединен с датчиком 48 давления рабочей полости пнезмотурбины 18, а выходом - с вх.5 узла 46 управления и служит для контроля давления в полости пневмотурбины 18.

0Элемент 45 ко мутац и сьоай обмо гкой

управления через электронный ключ 41, управляемый с ЕЫХ.З узла Чб, связан с o-.ix.3 схемы регулирования 3, а своей контактной группой - с вых.2 схемы 3 и входом преоб- 5 разовательного узда 38 п с пужит для подачи питающего напряжении от обмотки 14 цви- гателя к преобразовательному узлу 38 Преобразовательный узел 33 своими выходами связан с электронными ключами 42-44 и ifl служит для преобразования напряжения, поступающего с обмотки 14 двигателя ЭДН 4 при работе его к генераторном режиме, п распределения мехаду электронными ключами 42-44, управляемыми узлом 46. 5

Электронные клю -н-. 39 40 соединены своими входами управления с вых. 2 узла 46 соответственно и служат для управления обмотками 29, 30 коммунфующего узла 22. 50 Входы управления электронных хлючей 42, 43 и 44 соединены с. выходами 4, 5 и 6 узла соответственно и служат для управления клапанами 5, 8 и компрессором 13. Узел 46 управления, зыполненный на базе прогрзм- 55 мируемых матриц и связанный по цепи питания через свой вход 6 с регулятором 25 напряжения схемы 3, служит для формирования по сигналам о пороговых элементов 33-37 необходимой лопчи-м управления работой УГП.

Установка гарантированного питания потребителей работает следующим образом.

При наличии в сети первичного источника электроэнергии питания требуемого ка- чества на выходах элементов 33-37 блока 2 контроля и управления присутствуют сигналы, пропорциональные логическому 0, на выходах 1, 2, 3 узла 46 управления присутствуют сигналы, пропорциональные логиче- ской 1, а на выходах4,5,6узла46-сигналы, пропорциональные логическому 0. Вследствие этого обмотки 29, 30 узла 22 схемы регулирования 3 через электронные ключи 39, 40 и обмотка элемента 45 коммутации блока 2 через ключ 41 находятся под питающим напряжением, поступающим в блок 2 из регулятора 25 напряжения схемы 3. Следовательно, замыкающие контакты первой группы 31 замкнуты, размыкающие контак- ты второй группы 32 разомкнуты, размыкающие контакты элемента 45 коммутации разомкнуты. В результате электрическая энергия от шины ввода 1 через блок 2 и коммутирующий узел 22 схемы 3 поступает на ста горную обмотку 14 приводного двигателя ЭДН 4, а статорная обмотка 15 асинхронного генератора, возбуждаемого батареей 24 конденсаторов (вх.2 схемы 3) питает электроэнергией ответс -еенных по- грабителей. Качество электроэнергии г;&.ц- дерхгвгется регулятором 25 напряжения схемы 3.

Массиэнь й инерциониьн ; ротор 1C ЭДН 4 за счет накопленной кинетической знер- гки ч омпенсноует колебания напряжения и частоты Б се пл Клапаны 5 и б закрыты и соответственно перекрывают магистрали 9, 10, компрессор 13 отключен, и сжатый воздух из рзсиоераТ в полость 18 пчевмотур- бины не поступает. Ротор 16 ЭДН 4 аэродинамически разгружен за счет соз, Htffc разрежения в попости 18 турбины, гер- мзiчзирсванноймагнитными

уплотнителями 21. Компенсатор веса 20 инерционного 16 механически разгружает подшипники 19, снижая потери на грение последних,

При насушвнии качества питания от первичного источника на выходе элемента 33 блока 2 контроля и управления появляется сигнал, пропорциональный логической 1, при этом на выходах 1,2 узла 46 упре&лен /.я .формируются сигналы, пропорциональные логическому С. Вследствие этого срабатыва- юг электронные ключи 39, 40 и обмотки 29, 30 коммутирующего узла 22 обесточиваются, обмотка i -t двигателя ЭДН 4 первой группой 3 контактов отключается от шины ввода 1, а через вторую группу 32 контактов

подключается к батарее 23 конденсаторов схемы 3. Качество электрической энергии на зых.2 схемы регулирования 3 контролируется пороговым элементом 34 блока 2 и при выполнении требований к качеству напряжения на выходе элемента 34 устанавливается сигнал, пропорциональный логической 1. При этом на выходе узла 46 блока 2 устанавливается сигнал, пропорциональный логическому 0, срабатывает электронный ключ 41, и контакт элемента 45 коммутации подключает вых.2 схемы 3 к входу преобразовательного узла 38. Качество электрической энергии на выходе УГП в этот период времени поддерживается за счет кинетической энергии, накопленной в инерционном роторе 16, и контролируется пороговым элементом 35 блока 2. При достижении заданного уровня напряжения на выходе УГП срабатывает пороговый элемент 35, и на его выходе формируется сигнал, пропорциональный логической 1, В результате этого на выходе 4 узла 46 формируется логическая 1, срабатывает электрон- ный ключ 42, и питающее напряжение от преобразовательного узла 38 подается на впускной магнитоуправляемый клапан 5.

На выходе 5 узла 46 формируется сигнал, пропорциональный логической 1, длительностью 150-700тс, достаточной для переключения в новое устойчивое состоч- ниэ распределительного клапана 6, питающее напряжение к которому подводится через ключ 43 от узла 38 Как следствие, открываются воздушные магистрали 9, 10 и 11, закрывается магистраль 12, и сжатый воздух из ресивера 7 по магистралям 8 и 9 поступает в рзЬоч/ю полость 18 пневмотур- бины и через лопатки 17 придает вращение ротору 16 ЭДН 4. Отработанный воздух из полости пневмстурбины по открытым магистралям 10 и 11 выбрасывается во внешнюю сроду. Одновременно на выходах пороговых элементов 36, 37, контролирующих давление в ресивеое 7 и рабочей полости 18 пяевмотурбины, соответственно формируются сигналы, пропорциональные логической 1. подготавливая тем самым работу УГП к этапу восстановления питающего напряжения на тине ввода 1.

При восстановлении питания в сети от первичного источника на выходе элемента 33 блока 2 формируется сигнал, пропорциональный логическому 0, что ведет к формированию на выходе 4 узла 46 управления сигнала, пропорционального логическому О, нз выходе 6 узла 46 - логической 1, а на выходе 5 узла 46 - сигнала, пропорционального логической 1, дптепьностью 150- ТООгпс. Срабатызпктт электронные ключи

42-44, и тем самым обесточивается впускной клапан 5, переключается распределительный клапан б, а к питающему напряжению узла 3В подключается компрессор 13. 8 результате этого магистрали 10, 12 открываются, закрываются магистрали 9, 11,а компрессор 13 начинает восполнять потери сжатого воздуха в ресивере 7. По достижении необходимого уровня давления в полости пневмотурбины 18 ЭДН 4 на пыходе элемента 37 формируется сигнал, иропорционаиьный логическому 0. Это при- нодит к очередному формированию на выходе 5 узла 46 управляющего ммтуяьса, пропорционального аогической 1, и распределительный клапак через ключ 43 переключается в положение, когда магистраль 10 закрывается, s магистрали 11, 12 открываются, и компрессор 13 восполняет потери сжатого воздуха ресивера 7 иг анешней среды. По достижении необходимого давления в ресивере 7 на выходе элемента 36 формируется логический 0, Это приводит к формированию на выходе Б узла 46 управляющего импульса, пропорционального логической 1,и распределительный клапан 6через ключ 43 переключается в исходное положение, когда магистрали 10. 11, 12 закрыты. Одновременно на выходах 7, 8, Э узла управления AQ формируются сигналы, пропорциональные логическое . а на выходе 6 узла 48 - сигнал, пропорциональный логическому О, В результата обесточивается ключом 44 компрессор ;3 и подключаются к питающему напряжению от регулятора 25 напряжения схемы 3 обмотки 29, 30 и обмотка элемента 45. Б результате контактная группа элемента 45 размыкает связь узла 38 с вых.2 схемы 3 регулирования. Контактная группа 32 размыкает связь обмотки 14 двигателя с батареей 23 конденсаторов возбуждения, контактная группа 31 подк/го Ј т обмотку 13 через вх.1 схемы 3 и -блок . контроля к шине ввода , а на выходе элемента 33 устанавливается сигнал, пропорциональный логическому 0. Таким образом, УГП приходит в исходное состояние, Формула изобретения Установка гарантированного потан ля потребителей, содержащая шину ввода от сети первичного источника, электрическую машину с маховиком на палу м псрвичнь й двигатель, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности установки я повышения качества питания потребителей, электрическая машина с маховиком на валу и первичный двигатель выполнены s виде электродинамического накопителя, представляющего собой одновалынь й буферный асинхронный дзмгзтг5ль--гчнератор

торцевого типа с инерционным ротором, совмещенный с пневмотурбиной, рабочим колесом которой является непосредственно тело инерционного ротора двигатель-генератора, и дополнительно введены блок контроля и управления, схема регулирования, ресивер, компрессор,впускной и распределительный пневмоклапаны, а также датчики давления в ресивере и в полости ппевмотур0 бины, причем пневмовыход компрессора соединен с ресизером, а через впускной пневмоклапэн-с гжевмозходо. электродинамического накопители, пневмовыход которого соединен через распределительный

5 клапан с окружающей ерядои и с пневмов- ходом компрессора, третий вход блока контроля и управления соединен с шиной ввода, первый и второй входы блока контроля и управления соединены соответственно

0 с третьим и вторым выхЬдзг.н, схемы регулирования, четвертый и пятый входы блока контроля и управления соединены соответственно с датчиками давления в ресивере и в полости пневмотурбины, первый и второй

5 выходы блока контроля w управления соединены соответственно с первым и третьим входами схемы регулирования, третий, четвертый и пятый выходы блока контроля и управления соединены соответственно с

0 входами впускного клапана, распределительного клапана и компрессора, первый выход схемы регулирования соединен со статорной обмоткой двигателя электродинамического накопителя, г аУХОД электро5 динамического накопителя, пвллющийе: выходом установки гарантированного питания потребителей, созлинен с оторым входом схемы регулирования, блок контроля и управления содержит пороговые .элементы

O с первого по пятый, входы которых являются соответствующими входами этого блока, сход третьего порогового элемента соединен также с первым выходом этого блока, выходы пороговых элементов соединены с

5 соответствующими входами узла улргв.зе- ния, первые два которого соеди -зены с входами украшения первого л второго электронна ключей солтйатст- ниа. к;,оди которых соединены с шестам вкоя.ом узла

0 управления м входом первого порогового элемента, а выходы язяяются, яторык выходом этого блока, третий выход узла управле ния соединен с входом управлении трэгього электронного ключа, вход которого соеди5 иен с входом первого порогового элемента, а выход соединен с входом у {оавлчкия об- моткой элемента коммутации, выходы контактной группы которою еезт ьяют второй зход этого блока с входам преобразовательного узла, три выхода которого «vpaa элчктронные ключи с четвертого по шестой, управляющие входы которых соединены с выходами узла управления с четвертого по шестой, соединены соответственно с третьим, четвертым и пятым выходами этого блока, схема регулирования содержит регулятор напряжения, батареи конденсаторов возбуждения генератора и двигателя электродинамического накопителя и коммутирующий узел, первый вход которого является первым входом этой схемы, а второй вход является третьим входом этой схемы, второй вход схемы регулирования соединен с батареей конденсаторов возбуждения генератора электродинамического накопителя и через соединенные последовательно трансформатор и выпрямитель - с регулятором тока, первый выход которого соединен с первый, а второй - с третьим выходом

схэмы регулирования, первый выход коммутирующего узла также соединен с первым выходом схемы регулирования, а второй выход через батарею конденсаторов позбуждения двигателя электродинамического, накопителя соединен с вторым выходом схемы регулирования, коммутирующий узел содержит первую и вторую обмотки, управляющие работой первой группы замыкаю0 щих контактов и второй группы размыкающих контактов соответственно, причем второй вход коммутирующего узлд соединен с первой и второй обмоткой, а первая и вторая группы объединены так, что

5 их общие точки являются первым выходом коммутирующего узла, а свободные выводы являются соответственно первым входом и вторым выходом этого узла.

Изобретение относится к электрознер- гетике и может быть использовано в автономных системах электроснабжения, а также в системах аварийного или резервного электропитания, Цель изобретения - повышение надежности установки и повышение качества питания потребителей. В нормальном режиме питание потребителей, подключенных к выходу ус 1ановки, осуществляется от сети первичного источника с шины 1. При этом энергия первичной сети преобразуется в электродинамическом накопителе 4, представляющем собой буферный асинхронный двигатель-генератор торцевого типа с инерционным ротором, совмещенный с пневмотурбиной, лопатки которой расположены по периметру ротора. В случае нарушения питания от первичной сети блок 2 контроля и управления, а также схема регулирования переводят электродинамический накопитель 4 в режим работы от пневмотурбины, для чего используется энергия сжзтсго зоздуха в ресивере 7. При восстановлении писания от первичной сети установка переходит в нормальный режим работы. Расход сжатого воздуха восполняется компрессором 13. 4 ил. С

21

20

W

Фиг.1

Риг,2

&п.З

вш.з

Вых.1

fa.2

.Вк.1.

35

Вх.1

Вх.2

3

36

/

Вх.З

ДЯПМ1ЛИ ЛЯ

ВхА

37

Ви.5

1

46

т. 2

Вш Вы7, . 5

Вых. 6

ВхМ

Вк.5

Риг. Ц

Вых.2

i

13

41

Ч

US

tt

38

+2

К

j //

j

W

Вш.З

-

Вых. 5 -