Устройство для защиты агрегата бесперебойного питания Советский патент 1992 года по МПК H02H7/10 

Изобретение относится к области систем гарантированного электроснабжения и предназначено для использования в агрегатах бесперебойного питания (АБП) с параллельным резервом.

Известные способы и устройства защиты данного класса преобразователей обладают ограниченным быстродействием, что делает невозможным их применение с требуемым уровнем селективности в структурах с количеством параллельно включенных преобразователей больше двух, либо требуют сложных механических систем блокиров- ки или существенного усложнения коммутирующих аппаратов, что снижает надежность системы в целом. Кроме того, при- менение в их составе тиристорных контакторов с искусственной коммутацией приводит к значительным коммутационным перенапряжениям на нагрузке в режимах аварийных отключений и требует применения дополнительных средств их ограничения.

Наиболее близким по техническим свойствам и достигаемому результату к

предлагаемому изобретению является устройство защиты агрегатов бесперебойного питания, обеспечивающее обнаружение и селективное отключение поврежденного преобразователя в дублированной структуре АБП с помощью датчиков входного тока, напряжения инверторного моста, тока нагрузки, состояния тиристоров и тиристорно- го контактора с искусственной коммутацией. Недостатками устройства являются сложность и, как следствие, недостаточная надежность как диагностической части, так и исполнительного органа.

Целью изобретения является упрощение системы защиты.

Поставленная цель достигается тем, что тиристорное коммутирующее устройство выполнено с естественной коммутацией, а в устройства диагностики введены датчик напряжения на нагрузке и узел токозависимой коррекции уставки срабатывания.

Изобретение поясняется фиг. 1 и 2

Структурная схема параллельно резервного АБП с преобразователями и элементами защиты каждой ветви представлена на

(Л

Ч xj

ГЬ 4 Ю -Ч

фиг 1 Каждый канал содержит выпрямитель 1. выход котором о через сглаживающую индуктивность 2 соединен со входом инвертора 3. Выход инвертора 3 через трансформатор 4 и тиристорный контактор 5 соединен с шинами нагрузки. Шины нагрузки объединяют выходы параллельно работающих инверторов и соединяют их с входом нагрузки 7 через датчик тока нагрузки 6. Выходы инвертора 3 и трансформатора 4 соединены с двумя входами устройства диагностики 8, выход которого соединен с входом системы управления 7 тиристорного контактора 5. Третий вход устройства диагностики 8 соединен с выходом датчика тока нагрузки.

Схема устройства диагностики показана на фиг 2 и содержит первый, второй и третий выпрямители, регулируемый делитель напряжения, интегрирующую цепь, ин- вертирующий усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, инвертирующий сумматор, резистор и диод. Входы первого, второго и третьего выпрямителей подключены, соответственно, к выходам датчика тока нагрузки, первого и второго датчиков напряжения. Входы первого, второго и третьего выпрямителей подключены, соответственно, через регулируемый делитель напряжения, интегрирующую цепь и инвер- тирующий усилитель ко входам инвертирующего сумматора, выход которого через резистор подключен к управляющему входу тиристорного контактора соответствующего блока защиты, шунтированному диодом.

Рассмотрим работу устройства для защиты агрегата бесперебойного питания при внутреннем повреждении одного из инверторов, например коротком замыкании выхода инвертора первого канала (точка К1 фиг. 1).

Известно, что в рассматриваемой структуре повреждение преобразователя идентифицируется по изменению направления его выходного тока, так как точка короткого замыкания (К 1) становится превалирующей нагрузкой для неповрежденных преобразователей. При этом соотношение Ui U2, всегда выполняющееся при номинальном режиме работы агрегата (ток от инвертора течет в нагрузку), меняется на обратное Ua Ui (ток течет в точку короткого замыкания).

Устройство диагностики осуществляет алгебраическое суммирование на входе ОУ2 выпрямленного сигнала U2 положительной полярности и выпрямленного, но инвертированного сигнала Ui, в результате чего на выходе У02 Das - 0 при 02 Ui и Uae 1 при U2 Ui. Начальное соотношение сигналов IJ2 и Ui без применения дополнительных

мер является функцией тока нагрузки агрегата т к. значение Л U - Ui U определяется эквивалентной индуктивностью трансформатора и величиной выходного тока инвертора. Приведение сигналов Ui и U2 ко вторичной обмотке (U i 1,1 1)2 при номинальной нагрузке одного инвертора) осуществляется цепью обратной связи ОУ1.

При указанной зависимости соотношения Ui и U2 от тока инвертора время реакции датчика на возникшее повреждение при увеличении нагрузки агрегата и его быстродействие может оказаться недостаточным для селективной работы тиристорных контакторов (ТК) без применения в последних принудительной коммутации тиристоров с помощью специальных узлов искусственной коммутации. Однако, последнее, как уже говорилось, значительно усложняет схему и снижает ее надежность

Условием успешной работы тиристорного контактора с естественной коммутацией в рассматриваемой структуре является формирование сигнала аварии на интервале спада выходного тока поврежденного инвертора до нуля при смене его направления. При этом при снятых импульсах управления ТК (по сигналу Uaa) произойдет естественная коммутация тиристоров и отключение поврежденного инвертора от шин нагрузки.

С целью повышения быстродействия устройства диагностики в его состав введен узел токозависимой коррекции (ТЗК рис.2), на вход 3 которого подается сигнал с датчика тока нагрузки (Уз) и после обработки в узле ТЗК с его выхода этот сигнал полярностью,совпадающей с полярностью сигнала и2,подается в узел сравнения. На входе ОУ2 формируется разностный сигнал A U UM - -(U2 + Оз), величина которого в неаварийном режиме работы агрегата не зависит от его нагрузки, так как Us линейно зависит от тока нагрузки и остается минимальной, что соответствует максимальному быстродействию защиты. В случае аварии в инверторе Ua + Us Ui (ток течет в точку короткого замыкания) и на выходе устройства диагностики формируется сигнал Uae.

Поскольку по принципу построения защиты ее срабатывание в цепи неповрежденного преобразователя невозможно, так как для него всегда Ui U2 f Us. эффективность системы защиты не зависит от числа параллельно включенных преобразователей и не оказывает влияние на их работу в автоном- нбм режиме.

Формула изобретения

Устройство для защиты агрегата бесперебойного питания, состоящего из пэраллепьно включенных ветвей, каждая из которых выполнена в виде соединенных последовательно выпрямителя, инвертора тока и выходного трансформатора, содержащее датчик тока нагрузки и по числу ветвей бло- ки защиты, каждый из которых включает в себя тиристорный коммутатор, предназначенный для включения между выходом выходного трансформатора соответствующей ветви и датчиком тока нагрузки, и первый датчик напряжения, предназначенный для подключения к выходу инвертора тока соответствующей ветви, отличаю щееся тем, что, с целью упрощения устройства, в каждый из блоков защиты введены второй дат- чик напряжения, предназначенный для подключения к выходу выходного трансформатора соответствующей ветви, первый, второй и третий выпрямители, регулируе

мый делитель напряжения, интегрирующая цепь, инвертирующий усилитель с регупиру- емым коэффициентом усиления, инвертирующий сумматор, резистор и диод, при этом гиристорный коммутатор выполнен с естественной коммутацией, входы первого, второго и третьего выпрямителей подключены соответственно к выходам датчика тока нагрузки, первого и второго датчиков напря- жения, выходы первого, второго и третьего выпрямителей подключены соответственно через регулируемый делитель напряжения, интегрирующую цепь и инвертирующий усилитель к входам инвертирующего сумматора, выход которого через резистор подключен к управляющему входу тиристорного коммутатора соответствующего блока защиты, шунтированному диодом.

Цель: повышение быстродействия. Достигается тем. что тиристорное коммутирующее устройство выполнено с естественной коммутацией, а в устройство диагностики введены датчик напряжения на нагрузке и узел токозависимой коррекции уставки срабатывания. 2 ил.

Ъе. /

I

LJ

-г- 9

I

Фиг. 2