Система бесперебойного питания Советский патент 1982 года по МПК H02J9/00 

Изобретение относится- к электротехнике и может быть использовано 3 системах электропитания к электропровода дпя обеспечения нагрузки бесперерывным переменным напряжением.

Известны агрегаты бесперебойко-го питания переменным током, содержащие последозательно включенные выпрямитель, работающий в буфере с аккумуляторной батареей, и инвертор .. Бесперерывность .выходного напряжения в этой системе получается за счет постоянной работы инвертора на нагрузку, при этом энергия на вход инвертора поступает либо от выпрямителя - при наличии напряжения сети, либо от аккумуляторной батареи - при отсутствии напряжения сети ij,

Недостатком таких агрегатов бесперебойного питания переменным током является низкий КПД, который определяется как произведение КПД выпрямителя и инвертора и не превышает 70%.

Наиболее близким к пpeдлaгaeмo ry является бесперебойный источник питания переменным током, который содерхсит сетевой трансформатор, одна из первичных обмоток которого через управляемый ключ подключе-на к сети, а другая связана с инвертором на управляемых вентилях, который Терез входной фильтр подключен к аккумуляторной батарее. В эт,ой системе, кроме того, имеется схема управления, включающая датчики наличия и уменьшения напряжения

to сети, фазовые детекторы, осуществляющие синхронизацию задающего генератора, коммутирующее устройство и схему запуска.

Известный источник питания ра15ботает в трех основных режимах; при номинальном напряжении сети, при пониженном напряжении сети, при отсутствии напряжения сети.

При номинальном напряжении сети

20 нагрузка получает энергию от сети через управляемый ключ и трансформатор. Синхронизация задающего генератора инвертора осуществляется выходным.напряжением от дополнительной обмотки с целью получения ми25нимума мощности, поступающей от аккумуляторной батареи через инвертор к нагрузке.

При пониженном напряжении сети синхронизация задающего генератора

30 инвертора осуществляется от сети. В этом случае нагрузка получает энергию частично от сети, частично от аккумуляторной батареи через инвертор.. При отсутствии напряжения сети вся энергия в нагрузку поступает от аккумуляторной батареи через инвертор 2. Данная система бесперебойного питания имеет ряд недостатков, которые проявляются в моменты перехода от одного режима работы к другому. Так, например, переход от режима номинального напряжения сети к режиму отсутствия напряжения сети в случае, если нагрузка имеет реактивный характер, можетсопровождаться скачк образным изменением фазы выходного напряжения, так как при номинальной сети будет существова:ть сдвиг фаз Ha пряжения сети и напряжения инвертора, пропорциональный cos Ц нагрузки Обратный переход при появлении напряжения сети также может сопровож даться скачкообразным изменением фа выходного напряжения, так как фазы напряжений инвертора и появляющего напряжения сети могут не совпадать. Величина изменения фазы выходного напряжения может достигать полуперио да выходного напряжения. Скачкообраз ное изменение фазы может вызвать пре рывание и резкое изменение тока нагруз ки, снижающее надежность обеспечения электропитанием нагрузки, что совершенно недопустимо при питании цифровых устройств. Цель изобретения - повышение надежности путем исключения прерывания и резкого изменения тока нагрузки пр подключении или отключении инвертора. , Поставленная цель достигается тем что система бесперебойного питания, содержащая сетевой трансформатор, к основной первичной обмотке которог через управляемый ключ подсоединен фазовый детектор,. датчик уменьшения напряжения сети и датчик наличия Нч1пряжения сети, соединенный своим выходом с цепью управления указанного ключа, а к вспомогательной обмотке - инвертор на управляемых вентилях, связанный с задающим генерато ром и подключенный к выводам для резервного источника питания через входной фильтр, снабжена формирователем импульсов, имеющим синхронизи рующий вход и дополнительный выход, распределителем импульсов, имеющим вспомогательный выход и управляющий вход, причем,управляющие цепи венти лей инвертора через последовательно соединенные формирователь импульсов и распределитель импульсов подключе к выходу задающего генератора, и си хрониэатором, имеющим вход ЗАПРЕТ, подключенный к основной первичной обмотке через упомянутый ключ, выход синхронизатора подсоединен к синхро. нинирующему входу формирователя импульсов, дополнительный выход которого соединен соответственно со входами датчика уменыиения напряжения сети и датчика наличия сети, вспомогательный выход распределителя импульсов соединен с фазовым детектором, его управляющий вход - с выходами датчиков уменьшения напряжения и наличия сети, выход фа.зового детектора подключен к указанному входу ЗАПРЕТ, а вспомогательный синфазный выход датчика уменьшения напряжения сети - к управляющему входу указанного ключа. , На чертеже приведена структурная схема предлагаемого устройства. Устройство содержит клеммы 1 и 2, к которым подводится сеть, подключенные к зтим клеммам синхронизатор 3, фазовый детектор 4, выход которого соединен со входом ЗАПРЕТ синхронизатора 3, датчик 5 наличия, напряжения сети и датчик б понижения напряжения сети, причем Е1ход и выход датчика 5 соединены соответственно со входом и выходом датчика б, последовательно соединенные управляемьлй ключ 7 и основную первичную обмотку 8 трансформатора 9. Управляющий вход управляемого ключа 7 подключен к соединенным между собой вспомогательным синфазным выходам указанных выше датчиков 5 и 6. Резервный источник постоянного тока подключается к клеммам 10 и 11, которые через входной фильтр 12 соединены с инвертором 13, связанным со.вспомогательной обмоткой 14 трансформатора 9. Кроме того, устройство содержит задающий генератор 15, выход которого подключен ко входу формирователя 16 импульсов. Синхронизирующий вход формирователя 16 соединен с выходом синхронизатора 3, выход - со входом распределителя 17 импульсов, а дополнительный выход подключен к объединенным входам датчиков 5 и б. Выход распределителя 17 соединен со входом инвертора 13, вспомогательный выход со входом фазового детектора 4, а управляющий вход подключен к объединенным выходам датчиков 5 и 6. К выходной обмотке 18 трансформатора 9 подключается нагрузка. Устройство работает следующим образом. Напряжение сети через клеммы 1 и 2 и управляемый ключ 7 подается на основную первич1 ую обмотку 8 трансформатора 9. Одновременно с зтим задающий генератор 15 начинает вырабатывать прямоугольные импульсы, которые затем поступают в формирователь 16, где они преобразуются в импульсы не обходимой формы и длительности, слу жащие -для управления инвертором 13. Сформированные импульсы поступают на вход распределителя 17, который распределяет импульсы для подачи их на плечи двухтактного инвертора 13. При наличии сигнала на управляющем входе распределителя 17 (1 в цифровом коде) импульсы проходят на вход инвертора 13 и включают его, при отсутствии сигнала на управляющем входе (О в цифровом коде) импульсы не проходят на инвертор 13, т.е. он остается в выклю ченном состоянии. Следует отметить, что на .вспомогательный выход распре делителя 17 сформированные импульсы проходят постоянно, независимо от ) сигнала на управляющем входе распре делителя . Синхронизация осуществляется следующим образом. Фазовый детектор 4 сравнивает фа зу напряжения сети с фазой напряжения на вспомогательном выходе распределителя 17. При совпадении фаз фазовый детектор 4 вырабатывает сигнал, поступающий на вход ЗАПРЕТ синхронизатора 3, который начинает осуществлять синхронизацию сформированных импульсов, поступающих н вход распределителя 17 с напряжением сети путем подачи синхроимпуль сов на синхронизирующий вход формирователя 16. Предлагаемая система бесперебойного питания работаетв трех режимах: при номинальном напряжении сети, при пониженном напряжении сети и при отсутствии напряжения сети. При номинальном напряжении сети датчик 5 наличия напряжения сети и датчик б пониженного напряжения сети подают на управляющий вход управляемого ключа 7 сигнал, включающий ключ, а на управляющий вход распределителя 17 сигнал О, препятствующий прохождению сформированных импульсов на вход инвертор 13. Таким образом, сеть подключена к основной первичной обмотке 8 тран форматора 9, инвертор выключен, нагрузка получает энергию от сети. При снижении напряжения сети ниже допустимрго уровня датчик 6 в момент прохождения синусоидой , напряжения сети нулевого значения снимает управляющий сигнал с управляемого ключа 7 и подает на управляющий вход распределителя 17 сигнал, разрешающий прохождение сформированных импул сов на вход инвертора 13. Сеть отклю чается, включается инвертор, нагрузка получает энергию от аккумуляторной батареи через работающий инверто Нулевой момент синусоиды выбран для того, чтобы можно было выключить ytl равляемый ключ 7, обычно выполняемый на управляемых вентилях. За счет синхронизации, которая осуществляется непрерывно, пока имеется напряжение в сети, сформированные импульсы на входе инвертора 13 сфазированы с напряжением сети, поэтому переход на работу нагрузки от инвертора происходит без изменения фазы выходного напряжения при любом характере нагрузки. При аварии сети датчик 5 в момент пропсщания напряжения снимает упрайляющий сигнал с управляемого ключа 7 и подает на управляющий вход распределителя 17 сигнал, разрешающий прохождение сформированных импульсов на вход инвертора 13. Сеть отключается, включается инвертор, нагрузка получает энергию от аккумуляторной батареи через работающий инвертор. Поскольку сформированные импульсы на входе инвертора 13 до аварии сети были сфазированы с напряжением сети, переход на работу нагрузки от инвертора происходит без изменения фазы выходного напряжения. При восстановлении номинального напряжения сети выключение инвертора 13 и включение управляемого ключа 7, т.е. переход нагрузки на ;работу от сети, происходит только после того, как осуществляться синхронизация сформированных импульсов на входе инвертора 13 с напряжением сети. Этим достигается их взаимная фазировка, что исключает изменение фазы выходного напряжения при переходе нагрузки на работу от сети. Кроме того, для уменьшения перехрдных процессов, возможных в подобных случаях, момент перехода осуществляется при нулевом значении синусоиды напряжения сети. Таким образом, во всех режимах работы при подключении или отключении инвертора исключается прерывание и резкое изменение тока нагрузки и тем самым обеспечивается высокая надежность системы бесперебойного пита- ния. Использование предлагаемого изобретения в качестве системы бесперебойного питания, например, вместо действующих сейчас источников гарантированного питания, в которых применяются параллельно работающие выпрямители с аккумулятором и инверторы, позволяет значительно увеличить КПД и повысить надежность работы системы питания. Формула изобретения Система бесперебойного питания, содержащая сетевой трансформатор, к основной первичной обмотке которого через управляемый ключ ггодсоедчнены фазовый детектор, датчик уменьшения напряжения сети и датчик ка-личия напряжения сети, выход которого соединен с управляющим входом клк,ча, вспомогательная обмотка транс-форматора подключена через инвертор -на управляемых вентилях и входной фильтр - к резеранрму источнику. отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности путем исключения прерывания и резкого изменения .тока нагрузки при переключении инвертора( в нее введены формирователь импульсов и синхронизатор, причем управляющие цепи вентилей инвертора через последовательно соединенные формирователь импульсов и распределитель импульсов подключены к выходу задающего генератора/ вход синхронизатора через управляемый ключ подключен к основной первичной обМотке, а выход синхронизатора подсоединен к синхронизирующему вкопу формигюЕателя импульсов,. .лнительный йыхо.ц которого сое,-;иШН соответственгкз ее входа ли ддл чика уменьшение;: напряжения cev:K к датчика наличия нaпpяжe ия , всгюг-югательный выход распредел;1тА ля импульсов соедлнен с фазовым .детектором, его управляющий вход с датчиков уменьшения гаГ;р.чж-ения и наличия напрязкення сети , выход фазового детектора подключен к входу ЗАПРЕТ стабилизатора, а вспомогательный синфазный выход датчика уменьшения напряжения сети - к управляющемь управ.пяемого ключа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.розанов ЮЛ. Основы силовой преобразовате.льной техники, М. , Энергия, 1979, с. 36 8,

2.Патент США f 4010381, кл. Н 02 J 9/00, 1977,