Устройство для параллельной работы двух источников питания переменного тока Советский патент 1993 года по МПК H02J9/00 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для резервирования питания потребителей, не допускающих перерывов в электроснабжении. Изобретение может быть использовано в системах, обеспечивающих бесперебойное питание особо ответственных электроприемников, не терпящих даже кратковременного прекращения подачи электроэнергии (например, ЭВМ, САУ, медицинская аппаратура), что достигается использованием параллельно работающих источников питания (ИП).

Целью изобретения является повышение качества напряжения на нагрузке путем устранения его снижений при отключении одного из источников питания и перекоммутациях источников,

На фиг.1 изображена принципиальная схема устройства и приняты обозначения: 1,2 - источники питания; 3,4 - трансформаторы; 5,6 - ключи; 7,8 - реакторы; 9,10 датчики тока; 11,12 - блоки управления; 13 - 16 - диоды выпрямительного моста; 17 - 20 - диоды выпрямительного моста; 2 сопротивление нагрузки; на фиг.2 -топографическое изображение устройства; на фиг.

3 - графики зависимостей коэффициента стабилизации КСт (1) и выходного напряжения 1)вых (2) от входного напряжения; на фиг.

4 -трехфазный вариант устройства и введено обозначение: 1 - устройство в однофазном варианте.

Предлагаемое устройство (фиг, 1) состоит из двух источников питания 1 и 2, напря- жения которых сдвинуты по фазе на 120° ; трансформаторов 3 и 4, первичные обметки которых подключены соответственно к источникам 1 и 2, а вторичные обмотки соединены последовательно и крайними зажимами подключены к нагрузке ZH; ключей 5 и 6, которые включены последовательно с разнопо- лярными выводами выпрямительных мостов

СО

с

VI о

00

00

ел ел

на диодах соответственно 13,14,15,16и 17, 18, 19, 20 и совместно с ними включены параллельно первичным обмоткам трансформаторов 3 и 4; реакторов 7 и 8, включенных между однополярными выводами выпрямительных мостов на диодах соответственно 13, 14, 15, 16 и 17, 18, 19, 20; датчиков тока 9 и 10, включенных входами в цепи источников соответственно 1 и 2; блоков управления 11 и 12, выходы которых соединены с управляющими входами тиристор- ных ключей 5 и б соответственно. При этом входы блоков управления 11 и 12 соединены с выходами датчиков тока 9 и 10 соответственно.

Работает устройство следующим образом. В нормальном режиме на первичные обмотки трансформаторов 3 и 4 поданы напряжения, сдвинутые по фазе на 120°, ключи 5 и 6 закрыты. После трансформации напряжения суммируются на вторичных обмотках трансформаторов, как показано на . 2. Если принять модули векторов АС и СВ, соответствующих напряжениям.первого и второго источников, за единицу, то их сумма - вектор АВ будет также модуль, равный единице (т.к. угол АСВ. равен 60° и (АСЫСВ/). т.е. треугольник ABC - равносторонний. Таким образом, напряжение выхода равно напряжению входа (при коэффициенте трансформации трансформаторов 3 и 4, равном единице).

Пусть напряжение одного из питающих источников уменьшилось, например, вдвое (этому случаю соответствует вектор СМ на фиг.2,). При этом выходное напряжение будет равно сумме {АМ1 /АС/+ /С М|, а его модуль будет равен |АМ| 3/2 (из прямоугольного треугольника АМС). Найдем коэффициент стабилизации UBX/ А Квых для любого изменения одного из входных напряжений Uex. Пусть напряжению первого источника соответствует вектор AC/IACM/, а апряжению второго источника - вектор СК/ СК Х/. Из прямоугольного треугольника АКМ находим:

IAKI

(AM

AMH-J-(|CKr-4-)

1 2

$+(-i

л

х2- х+1

СВ I -I СК I 1

А I АВ I - I АК I 1 - V х2 - х + 1

КСт -

- VV- х + 1

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Из графиков зависимости (X) и UBbix f(X) (фиг.З) видно, что при уменьшении одного из входных напряжений от 1 до О коэффициент стабилизации возрастает от 2 до бесконечности, причем выходное напряжение не уменьшается ниже, чем на 13% от своего номинального значения. При увеличении входного напряжения выходное напряжение также стабилизируется при КСт порядка 2-1,4(в диапазоне изменения UBx от 1до2).

Рассмотрим случай отключения одного из источников питания, например, первого. При этом вторичная обмотка трансформатора 3 оказывается разомкнутой (если принять трансформатор идеальным, то сопротивление его становится равным бесконечности), что препятствует энергоснабжению нагрузки.

Для устранения указанного недостатка предусмотрены датчик тока 9 в цепи питания, который срабатывает при отключении источника или обрыве провода. При срабатывании датчика 9 блок управления 11 .выдает сигнал на замыкание ключа 5. Таким образом первичная обмотка трансформатора 3 оказывается зашунтированной и питание нагрузки осуществляется через трансформатор 4 (от второго источника). При этом ограничения тока в цепи первичной обмотки не происходит, так как через реактор протекает практически постоянный ток и диоды 13 - 16 постоянно открыты. Таким образом, в цепь питания потребителя не вносится дополнительное сопротивление.

При восстановлении напряжения первого источника реактор 7 служит для ограничения тока короткого замыкания (до момента размыкания ключа 5). После размыкания ключа 5 устройство работает в нормальном режиме.

В качестве входных напряжений можно использовать линейные или фазные напряжения трехфазной системы напряжений, Возможен также трехфазный вариант устройства, для которого источниками питания служат две трехфазных системы напряжений (Ai, Bi, Ci и А2, 82, С2 фиг.4);

Ключи 5 и 6 могут быть реализованы, например, на основе параллельно-встречно включенных тиристоров или симисторов.

Датчики тока 9 и 10 могут быть выполнены, например, на основе пороговых элементов и срабатывают, когда ток в цепи источника становится равным нулю.

В качестве блока управления может быть использована практически любая из известных схем управления ключом переменного тока.

По сравнению с прототипом предлагаемое изобретение обладает высокой надежностью работы, повышенным быстродействием, а также обеспечивает стабилизацию выходного напряжения. Использование предлагаемого устройства -дает возможность повысить надежность электроснабжения ответственных потребителей.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Устройство для параллельной работы двух источников питания переменного тока, содержащее.два источника питания, напряжения которых сдвинуты на угол 120°, два ключа, два реактора и два трансформатора, первичные обмотки которых подключены к источникам питания, а вторичные обмотки

соединены последовательно и подключены к зажимам для подключения нагрузки, отличающееся тем, что, с целью повышения качества напряжения на нагрузке, оно снабжено двумя диодными выпрямительными

мостами, двумя датчиками тока и двумя блоками управления, причем каждый реактор подключен к выходу соответствующего диодного моста, а вход последнего через ключ включен параллельно первичной обмотке

трансформатора, датчики тока включены входами в цепи источников питания, а выходами связаны с соответствующими управляющими входами ключей через блоки управления.

Сущность изобретения: устройство содержит основной и резервный источники питания, напояжёния которых сдвинуты по фазе на 120°, подключенные к первичным обмоткам трансформаторов. Потребитель подключен к последовательно включенным вторичным обмоткам трансформаторов. При отключении одного из источников питания Соответствующая первичная обмотка закорачивается с помощью полупроводникового ключа, выпрямительного моста и дросселя, подключенного к выводам .постоянного тока этого моста. Использование изобретения в системах резервирования питания позволяет повысить надежность энергоснабжения ответственных потребителей. 4 ил.

fait

Ctt--I

tf& 3/4 & Ь C{ t&/.0Г% 40-0//

/

У

/

-PA

L

J

fe.