Система бесперебойного питания Советский патент 1980 года по МПК H02J9/06 

1

Изобретение относится к устройствам промыишенной электроники, в частности к системам бесперебойного питания ответственного потребителя в вычислительной технике, технике 5 связи и т.д.

Известны системы и устройства, с помощью которых строятся системы бесперебойного питания ответственного потребителя, содержащие в качест- 10 ве основного источника инвертор, в кач естве резервного - электрическую сеть переменного тока. Инвертор и электрическая сеть подключаются к нагрузке через статические переключа-t5 тели, которые соединены с токочувствительной цепью схемы управления переключением источников питания. Инвертор синхронизирован по фазе и частоте с резервной электрической сетью,20 При отказе основного источника токочувствительная цепь воздействует на переключающее устройство таким образом, что изменение тока, поступающего от основного источника, компенсирует-25 ся изменением тока резервного источника, в результате чего ток в нагрузке остается постоянным Щ .

Одним из недостатков указанной системы следует считать постоянные 30

потери на преобразование энергии в инверторе, являющемся рабочим источником, и в устройствах, питающих его (выпрямитель, аккумуляторы). Эти потери могут достигать 30% номинальной мощности нагрузки.

Другим недостатком является отсутствие средств защиты нагрузки от сетевых помех при работе от резервного источника, каким является сеть переменного тока общего назначения. Кроме того, при определенных климатических условиях возникает необходимость применения йринудительного охлаждения рабочего источника данной системы.

Известна также система, состоящая из двух источников питания переменного тока и переключающего устройства, которое содержит блоки; нуль-органов, датчиков формы напряжения источников памяти, выработки команды переключения, переключения/управления отсечкой управления подзарядом, управления принудительной коммутацией, коммутации управляющих электродов, коммутации силовых цепей, принудительной коммутации, фазового селектора, контроля фазового рассогласования, сетевого фильтра-компенсаора. Бесперебойное питание в систее в случае отказа одного источника существляется путем переключения нагрузки на другой источник, Бесонтактный электронный переключатель бладает высоким быстродействием и потому успевает быстро переключать нагрузку на резервный источник при возникновении сетевой помехи, что ПЪвыШает помехозащищенность нагрузки. Эта система значительно снижает потери мощности, которые ограничиваются потерями в статистическом переключателе, не превышающими 3% номинальной мощности 2 .

Но вредное воздействие на нагрузку коммутационных помех, возникаю1цих при переключениях, полностью не исключается при углах фазового рассогласования одноименных фаз, равных 0-60.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является система, содержащая два источника питания, один из которых является рабочим, а другой - резервным, и устройство для бесперебойного питания, состоящее из датчиков формы напряжения, блоков переключения , блока выработки команды переключения. Датчики формы напряжения по входам подключены к фазам источников питания, а по выходу к блоку выработки команды переключения, выходы которого соединены с входами блоков перключения. Другие входы блоков переключения подсоединены к фазам источников питания, а входы указанных блоков объединены и подключены к нагрузке. Принцип работы данной системы заключается в том, что в случае отказа рабочего источника питания она обеспечивает бесперебойное питание нагрузки путем переключения ее на резервный источник питания з}.

Недостатком такой системы является неспособность ее стабильно работать от несинхронизированных по частоте несинфазных источников, так как не исключена вероятность переключения источников в моМент, когда напряжения их одноименных фаз сдвинуты относительно друг друга на угол 180, что повлечет за собой возникновение помехи в нагрузке в виде длительного глубокого провала напряжения, равносильного сбою в питании. Это качество значительно снижает надежность системы и делает ее неприемлемой в пв именении к питанию ответственного потребителя от несинхронйзированных

по частоте источников писания.

. Цель изобретения - повышение стабильности системы питания.

Указанная цель достигается тем, Чтб в сйсгему, сбДё эжащую дйа йсточиика питания и устройство бесперебойного питания, состоящее: из датчиков формы, напряжения, подключенных к фазам источников питания и блоку.вырабртки команды переключения, соединенному с блоками переключения, которые подсоединены к фазам источников питания и к нагрузке, введены второе устройство бесперебойного питания, инвертор и датчик фазового рассогласования источников питания, причем инвертор включен на один из трехфазных входов второго устройства бесперебойного питания, датчик фазового рассогласования подключен к фазам источников питания, датчикам формы напряжения и блоку выработки команды переключения первого устройства бесперебойного питания, блоки выработки команды переключения обоих устройств бесперебойного питания соединены между собой и со входом синхронизации инвертора, а к выходам обоих указанных устройств, соединенных между собой, подключен емкостный фильтркомпенсатор.

В предлагаемой системе при отказе или сбое рабочего Источника питания происходит непосредственное переключение нагрузки на питание от резервного источника, если источники синфазны, и переключение вначале на синфазный с рабочим источником инвертор, а затем после синхронизации инвертора с резервным источнИкЬм на резервный источник, если источники несиНфазны. После восстановления работоспособности рабочего источника нагрузка вновь переключается на рабочий источник..

На чертеже йрлведена блок-схема предлагаемой системы бесперебойного питания.

Система содержит источники 1 питания, инвертор 2, датчик 3 фазового рассогласования, устройства 4 бесперебойного питания, емкостный фильтркомпенсатор 5, а также нагрузку 6. Устройства 4 бесперебойного ггитания включают в себя датчики 7 формы напряжения, блоки 8 переключения и блоки 9 выработки команды переключения.

Источники 1 служат для питания нагрузки переменным трехфазным тойом, причем один из них - рабочий, а другой - резервный.

Статический инвертор 2 используется для питания нагрузки при переключении с источника на источник, он постоянно синхронизирован по фазе с рабочим источником питания за счет наличия связи между блоками 9 выработки команды переключения обоих устройств бесперебойного питания и входом синхронизацИи инвертора 2.

Датчик 3 фазового рассогласования предназначен для формирования сигнала фазового рассогласования источников питания, т.е. он устанавливает, для любого момента времени синфазный или несинфазный рабочий и резервный .источники питания и при отказе рабочего источника выдает сигнал блокам 9

выработки команды переключения на включение резервного источника питания или инвертора.

Устройства 4 бесперебойного питания служат для переключения нагрузки по заданному алгоритму на резервный источник питания или на инвертор.

Фильтр-компенсатор 5 иcпoльзyeтqя для сглаживания остаточных помех, которые могут пройти на вход нагрузки при переключении питания ее с источника на источник.

К каждому трехфазному источнику 1 питания подключены соответствуннцие датчик 7 формы напряжения и блок 8 переключения первого устройства 4 бесперебойного питания.Входы датчика 3 фазового рассогласования подключены к фазам обоих источников- 1 питания, а выходы - к датчикам формы напряжения и блоку 9 выработки команды переключения указанного устройства 4. Два выхода указанного блока 9 соединены со входами блоков 8 переключения, а третий выход - со входом аналогичного блока 9 второго устройства 4 для бесперебойного питания и вхойом синхронизации инвертора 2, К инвертору 2 подключены датчик 7 формы напряжения и блок 8 переключения второго устройства 4 для бесперебойного питания.

Указанный датчик 7 соединен с блоком 9 выработки команды переключения который соединен с блоком 8 переключения указанного второго устройства 4. Выходы всех трех блоков 8 переключения объединены между собой и соединены со входами фильтра-компенсатора 5 и нагрузки 6.

При нормальной работе нагрузка получает питание от рабочего источника. При отказе рабочего источника датчик 7 формы напряжения первого устройства 4 бесперебойного питания, контролирующий рабочий источник 1 питания, выдает сигнал аварий в блок 9 выработки команды переключения и датчик 3 фазового рассогласования. Если при этом рабочий и резервный источники несинфазны, то Й чик 3 выдает в блок 9 первогр ройства 4 сигнал на включеййШ ШШ тора 2. Указанный блок 9 вырабатывает команду в блок 8 переключения, отключающий рабочий источник питаниями команду в блок 9 второго устройства 4, который через блок 8 второго устройства 4 включает инвертор 2, после чего нагрузка получает литание Ьт инвертора.

Далее инвертор 2 синхронизируется по фазе с резервным источником питания и в момент наступления синфазности инвертор 2 отключается, а резервный источник питания включается.

Если при отказе рабочего источника датчик.3 фазового рассогласования

устанавливает, что источники naTerHaft синфазны, то он выдает в блок 9 первого устройства 4 сигнал на включение резервного источника.

Блок 9 вырабатывает соответствующие команды в блоки 8 переключения первого устройства 4, в результате чего рабочий источник 1 отключается, а резервный включается.

После восстановления работоспособности рабочего источника 1 датчик

0 формы напряжения, контролирующий его напряжение, перестает выдавать сигнал аварии и питание нагрузки переключается с резервного источника на рабочий источник в обратном порядке,

5 т.е. посредством включения инвертора, если источники несинфазны, и сразу на рабочий источник, если источники синфазны.

Вследствие высокого быстродействия

0 устройства 4 для бесперебойного питания и наличия емкости фильтров-компенсаторов 5 переключение синфазных источников протекает в предлагаемой системе бесперебойного питания прак5тически без переходного процесса в нагрузке б.

В случае одновременного отказа обоих источников питания нагрузка в течение длительного времени может

0 питаться от инвертора, что также ха- . рактеризует предлагаемую систему как более надежную по сравнению с известной. Кроме того,.в силу своего высокого быстродействия система успевает

5 также отреагировать на кратковременные сетевые помехи, что повышает помехозащищенность нагрузки. В этом случае процесс переключения с рабочего источника на резервный и после прохождения помехи обратно на рабо0чий происходит так же, как описано

выше.

Таким образом, исполь&бвание п едлагаемого изобретения позволяет обеспечить с та-бильное и надежное питание

45 потрёбитеЖ прй бткШе рабочёгр; ис;тт:нй га перёклйчейия наг|1узки с аварийного источника питаg g g,g. jj j j jjjjggji

rM r6KSk ril WS 1 Mpi8fi5 rsir

50 помех на выход источников питания, тем салплм существенно снижая требования к сетевым фильтрам потребителей предлагаемой системы питания и потребителей, не входящих в данную систе55му питания.

Формула изобретения

60 Система бесперебойного питания, содержащая два источника питания и устройство бесперебойного питания, состоящее яз датчиков формы напряжения, подключенных к фазам источников

65 .питания и блоку выработки команды

-J-.-Чiй:: vefta i iti ViiiS i -iii fcfts j