Агрегат бесперебойного электроснабжения Советский патент 1992 года по МПК H02J9/06 

СО

с

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам бесперебойного электроснабжения токоприемников ответственных потребителей переменного тока специальных объектов. Сущность изобретения: в агрегат бесперебойного электроснабжения введены повышающий редуктор, статический преобразователь частоты и блок управления разобщительной муфты, выполненный в виде логического элемента И. причем повышающий редуктор установлен между асинхронизированной синхронной машиной и маховиком, статорные обмотки машины подключены через статический преобразователь частоты к шинам гарантированного электропитания, управляющий вход которого подключен к системе автоматического управления, а первый и второй вход блока управления разобщительной муфты подключены соответственно к системе автоматического управления и системе пуска первичного двигателя, а выход подключен к разобщительной муфте. 1 ил.

Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к системам бесперебойного электроснабжения токоприемников ответственных потребителей переменного тока специальных объектов.

Известен агрегат бесперебойного электроснабжения, содержащий шины гарантированного электропитания, соединенные с сетью переменного тока через статический переключатель, к которым присоединена буферная установка в виде генераторного блока, состоящего из электрической машины переменного тока, механически соединенной с электрической машиной постоянного тока, подключенной к аккумуляторным батареям. Система управления генераторным блоком содержит трансформатор тока и стабилизатор, управляющий обмоткой возбуждения электрической машины переменного тока. Недостатком известного агрегата является недостлточная экономичность и надежность, обусловленные сложностью схемы буферной установки, состоящей из механически соединенных электрических машин переменного и постоянного тока, подключенной к аккумуляторным батареям, связью с двумя родами тока, наличием аккумуляторных батарей, требующих постоянной подзарядки и контроля за саморазрядом, а также специального помещения, относительно низким коэффициентам полезного действия.

Наиболее близкой к изобретению является система бесперебойного электроснабжения, содержащая шины гарантированного электропитания, соединенные с сетью переменного тока через статический выключатель, к которым присоединена буферная установка в виде асинхронизированной синхронной машины с

V4

О

О

независимым возбуждением и инерционным маховиком, снабженной системой автоматического управления и регулированием, В известной системе недостаточная надежность бесперебойного электроснабжения токоприемников ответственных потребителей во времени переходного режима от момента исчезновения напряжения до принятия нагрузки первичным источником, определяется малым {до нескольких секунд) временем работы буферной установки в генератора за счет кинетической энергии маховика. Кроме того, недостатком данной системы является наличие маховика с большими массогабарит- ными показателями, в значительной степени обуславливающих надежность системы бесперебойного электроснабжения.

Цель изобретения - повышение надежности электроснабжения путем уменьшения массогабаритных показателей маховика,

Поставленная цель достигается тем, что в агрегат бесперебойного электроснабже ния введены повышающий редуктор, статический преобразователь частоты и блок управления разобщительной муфты, выполненный в виде логического элемента И, причем повышающий редуктор установлен между асинхронизированной синхронной машиной и маховиком, статорные обмотки машины подключены через статический преобразователь частоты к шинам гарантированного питания, управляющий вход которого подключен к системе автоматического управления и регулирования, а первый и второй входы блока управления разобщительной муфты подключены соответственно к системе автоматического регулирования и системе пуска первичного двигателя, а выход подключен к разобщительной муфте. Массогабармтные показатели маховиков в агрегатах бесперебойного электроснабжения определяются максимальной частотой вращения и диапазоном изменения частоты вращения в разрядном цикле. Это видно из аналитической зависимости

MM f

Nn tr

(1 pf

(1)

где Nn - мощность электромеханического преобразователя;

VR - окружная скорость маховика;

tp - время разрядки цикла;

fypu - КПД разрядного цикла;

Ф -Я1- кратность падения угловой

СОмакс скорости маховика.

Применение повышающего редуктора

позволяет увеличить максимальную частоту вращения до 8000 об/мин, а использование статических преобразователей частоты обеспечивает на шинах гарантированного электропитания напряжение требуемого качества частотой 50 Гц. Таким образом, в предлагаемом устройстве энергии маховика используется в диапазоне частоты вращения 8000-1000 об/мин, а в прототипе 1500- 1000 об/мин. При одинаковом времени

работы в генераторном режиме это позволяет уменьшить массу маховика в десять раз. Во-вторых, уменьшение массы маховика достигается использованием запуска первичного двигателя не за счет энергии

маховика, а подключением первичного двигателя в момент равенства их угловых скоростей предельно допустимой угловой скорости первичного двигателя, при кото- рой он может взять нагрузку с учетом обеспечения требуемого качества напряжения на шинах гарантированного электропитания. Применение высоких частот позволяет значительно уменьшить массу асинхронизированной синхронной машины.

На чертеже дана структурная схема агрегата бесперебойного электроснабжения. . Агрегат бесперебойного электроснабжения состоит из основного источника 1 питания, коммутационного аппарата 2, статического выключателя 3, шин 4 гарантированного электропитания с подключенными к ним приемниками 5 электрической энергии ответственных потребителей и через статический преобразователь 6 асинхронизированной синхронной машины (АСМ) 7 с независимой системой возбуждения 8, содержащей расположенный на валу ротора вспомогательный генератор 9, питающий силовую часть тиристорного преобразователя 10, подключенного к обмоткам возбуждения 11, связанной через повышающий редуктор 12 с маховиком 13 соединенным через разобщительную муфту 14 с блоком управления 15, выполненным в виде логического элемента И и первичным двигателем 16 с системой пуска 17. Агрегат содержит систему 18 автоматического управления, первый 19 вход которой подключен к шинам гарантированного

электропитания, второй 20 вход подключен к основному источнику питания, а первый 21 выход подключен к управляющему входу статического преобразователя частоты 6, второй 22 выход подключен к управляющему выходу независимой системы возбуждения 8 АСМ 7, третий 23 выход подключен к блоку управления 15 разобщительной муфты 14, четвертый выход 24 подключен к системе пуска 17 первичного двигателя 16, пятый 25 выход подключен к управляющему входу статического выключателя 3, которая осуществляет управление АСМ 7 в компенсаторном режиме по заданной величине скольжения вала ротора и реактивной мощности статора, а в генераторном режиме по заданной величине напряжения и частоты, а также формирует управляющие сигналы на переключение статического выключателя 3, включение и отключение первичного двигателя 16 и разобщительной муфты 14. В нормальном режиме электроснабжение приемников 5 электрической энергии ответственных потребителей осуществляется от источника 1 через коммутационный аппарат 2, статический выключатель 3, шины 4 гарантированного электропитания АСМ 7 подключенная статорными обмотками через статический преобразователь частоты 6 к шинам 4 гарантированного электропитания, обмотки возбуждения 11 получают питание через преобразователь 10 частоты от вспомогательного генератора 9, работает в режиме асинхронного компенсатора, вращая через повышающий редуктор 12 маховик 13. Разобщительная муфта 14 разобщена и первичный двигатель 16 находится в готовности к пуску. В этом режиме управление АСМ 7 осуществляется по заданной величине скольжения вала ротора и реактивной мощности статора. Поддержание заданного скольжения вала ротора и регулирование величины реактивной мощности статора АСМ 7 осуществляется системой управления 18, которая формирует на втором 22 выходе такой сигнал, управления преобразователем 10 частоты, который определяет частоту, амплитуду, фазу напряжения на его выходе, а следовательно и токов ротора. Это позволяет создать обмотками возбуждения 11 ротора вращающееся относительно него в нужном направлении круговое поле с требуемой по режиму работы амплитудой, частотой и фазой, обеспечивающих заданное скольжение вала ротора и величину реактивной мощности статора АСМ 7. При поступлении на второй 20 вход системы управления 18 сигналов не соответствующих заданным предельным значениям или при полном прекращении питания со стороны основного источника 1, под воздействием сигнала управления, формируемого на пятом 25 выходе отключается статический

выключатель 3 и отделяет от основного источника 1 шины 4 гарантированного электропитания с присоединенными к ним приемникам 5 электрической энергии ответ- 5 ственных потребителей, которые получают питания от АСМ 7 переведенной в режим генератора и использующей запасенную кинетическую энергию маховика 13, повышающий редуктор 12 работает на холостом

0 ходе. Одновременно, система управления 18 выдает на четвертом 24 выходе сигнал на блок управления 17 первичным двигателем осуществляя запуск первичного двигателя 16. В этом автономном режиме управление

5 АСМ 7 осуществляется по заданной величине напряжения и частоты на шинах 4 гарантированного электропитания. Поддержание заданной величины напряжения на шинах 4 гарантированного электропитания осущест0 вляется системой управления 18, обеспечивающей заданное значение напряжения на шинах 4 гарантированного электропитания. Регулирование величины частоты напряжения осуществляется статическим преобра5 зователем частоты 5 по сигналам, формируемым на первом 21 выходе системой управления 18 в пределах угловых скоростей ОТ«УмаксДО (Умин соответствующей f 50 Гц. При дальней0 шем снижении угловой скорости ниже WHOM регулирование величины частоты напряжения статора осуществляется системой независимого возбуждения 8. При этом, системой управления 18 формируется на

5 втором 22 выходе такой сигнал управления преобразователем 10 частоты, который определяет частоту, амплитуду напряжения возбуждения. Это позволяет создать обмотками 11 возбуждения вращающееся относи0 тельно ротора в нужном направлении0 круговое поле с требуемой по режиму работы амплитудой, частотой м фазой, обеспечивающих заданное значение напряжения частоты на шинах 4 гарантированного

5 электропитания, При снижении угловой скорости вращения вала машины до минимальной соответствующей предельно допустимой угловой скорости вращения вала, при которой АСМ 7 обеспечивает требу0 емую частоту напряжения, а первичный двигатель 16 может взять нагрузку с учетом обеспечения требуемого качества напряжения, блок управления 15 разобщительной муфты по сигналам поступающим с третьего

5 23 выхода системы управления 18 и системы пуска 17 первичного двигателя формирует сигнал, обеспечивающий включение разобщительной муфты 14 и привод АСМ 7 начинает осуществляться от первичного

двигателя 16. Таким образом, обеспечивается электроснабжение приемников 5 электрической энергии ответственных потребителей электроэнергии требуемого качества от АСМ 7, работающей в генера- торном режиме. Восстановление напряжения основного источника 1 фиксирует система управления 18. При соответствии всех величин и выполнении условий синхронизации позволяющих включить на парал- лельиую работу с основным источником 1 АСМ 7, система управления 18 отменяет на пятом выходе сигнал на отключение статического выключателя 3, на третьем 23 - на включение разобщительной муфты 14, а на четвертом 24 выходе на включение первичного двигателя 16. При этом, исключается статический выключатель 3 и соединяет с источником 1 шины 4 гарантированного электропитания. Включается блок регули- рования 17, первичный двигатель 16 останавливается, отключается разобщительная муфта 14. АСМ 7 переводится из режима синхронного генератора е режим асинхронного компенсатора. Таким образом, агрегат бесперебойного электроснабжения работает в исходном режиме.

Использование в предлагаемом агрегате бесперебойного электроснабжения повышающего редуктора, статического преобразователя частоты и блока управления разобщительной муфты, выполненного в виде логического элемента И, причем повышающий редуктор установлен между асинхронизированной синхронной маши- ной и маховиком, статорные обмотки которой подключены через статический преобразователь частоты к шинам гаран- тированного электропитания, управляющий вход которого подключен к системе автома- тического управления, а первый и второй вход блока управления разобщительной муфты подключен соответственно к системе автоматического управления и системе пуска первичного двигателя, а выход подклю- чен к разобщительной муфте, повышает надежность электроснабжения путем уменьшения массогабаритных показателей маховика, за счет увеличения глубины реализуемого разряда кинетической энер- гии маховика. Расширение глубины реализуемого разряда маховика достигается использованием в двигательном режиме повышающего редуктора с помощью которого увеличивается угловая скорость вращения маховика до 8000 об/мин, а .в генераторном режиме статического преобразователя частоты, обеспечивающего частоту тока генератора равной 50 Гц при частоте вращения вала ротора 1500 об/мин, а с учетом применения асинхронизированной синхронной машины, энергия маховика используется в диапазоне от 8000 до 1000 об/мин, в прототипе от 1500 до 1000 об/мин. Увеличение времени работы в генераторном режиме от маховика позволяет использовать запуск первичного двигателяч от шахтных систем, что дает также возможность уменьшить мас- согабаритные показатели маховика. Увеличение глубины реализуемого разряда кинетической энергии маховика позволяет использовать маховик, определяющий главным образом степень совершенства и технико-экономические показатели агрегата бесперебойного электроснабжения с махо- вичными накопителями энергии, с меньшими массогабаритными показателями, менее дорогостоящих материалов при том же времени работы, что и у прототипа. Величина положительного экономического эффекта, обусловленного предлагаемой системой бесперебойного электроснабжения, также зависит от масштаба системы электроснабжения, состав потребителей электроэнергии и величины ущерба, возникающего от перерыва в электропитании. Увеличение надежности электроснабжения позволит в большинстве случаев свести этот ущерб к нулю.

Формула изобретения . Агрегат бесперебойного электроснабжения, содержащий статический выключатель, включенный между сетевым вводом и шинами гарантированного электропитания; к которым присоединена асинхронизиро- ванная синхронная машина с независимым возбуждением и маховиком на валу, связанные через разобщительную муфту с первичным двигателем, снабженная системой автоматического управления, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем уменьшения массогабаритных показателей маховика, в агрегат введены повышающий редуктор, статический преобразователь частоты и блок управления разобщительной муфты, выполненный в виде логического элемента И, причем повышающий редуктор установлен между асинхронизированной синхронной машиной и маховиком, статорные обмотки машины подключены через статический преобразователь частоты к шинам гарантированного электропитания, управляющий вход которого подключен к системе автоматического управления, а первый и второй входы блока управлений разобщительной муфты подключены соответственно к системе автоматического управления и системе пуска первичного двигателя, а выход под- ключен к разобщительной муфте.