Способ бесперебойного электропитания потребителей переменного тока и устройство для его осуществления

 

1. Способ бесперебойного элек тропитания потребителей переменного тока, основанный на формировании систем многофазных напряжений и оп- . ределении системы напряжений, фазы которой минимально отличаются оТ фазы напряжений основной сети, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества электрической энергии, формируют дополнительные системы напряжений с фазовым сдвигом 150 эд.град., фазы и амплитуды которых равны соответственно фазам и амплитудам системы напряжений , полученной путем стабцлизации -напряжений основной сети на уровне максимально допустимой величины и вычитания из них напряжений резервной сети, суммируют их с напряжениями резервной сети и при отключений основной сети указанные суммарные напряжения подают на потребители переменного тока, после чего амплитуду дополнительных систем напряжений уменьшают до нуля со скорос . I тью, определяемой допустимым отклонением мгновенной частоты напряжений , подаваемых на потребители реременного тока, а фазы сохраняют изменными. 2. Устройство бесперебойного элек тропитания потребителей переменного тока, содержащее основной коммутатор , подключенный к основной сети, силовой трансформатор, подключенный к резервной сети, одни концы вторичных обмоток которого ссзединены между собой через ключевые элементы коммутатора , три фазных зажима, соединенных через ключевые элементы-коммутатора с каждой клеммой потребителей переменного тока, блок контроля фазы напряжения и блок контроля поляр (Л ности напряжения, выходы которых под ключены к цепям управления ключевых с элементов коммутатора, отличающееся тем, что, с целью улучшения качества электрической энергии, в него введены управляемый выпрямитель, подключенный к резервэ ной сети, инвертор с двумя трансфор-, si маторами, первичные обмотки которых fo соединены в звезду и треугольник, а соответствующие вторичные обмотки через дополнительные ключевые элеч менты соединены параллельно между собой и последовательно с вторичны;о ми обмотками силового трансформатора , подключенного к резервной сети, обратный инвертор, цепи управления которого связаны со своей схемой управления, подключенной к резервной сети, вход и выход - соответственно с выходом выпрямителя и резервной сетью, схема управления, содержащая первый блок, включающий в себя согласующий трансформатор, подключенный к резервной сети, переключатель , подключенный силовыми электродами к вторичным обмоткам согласующего трансформатора, э

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

З(50 Н 02 3 9 00 *, 4 и 4;

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3403941/24-07 (22) 03.03.82 (46) 07 ° 02.84 ° Бюл. 9 5 (72) Ю.А. Мордвинов и С.И. Королев (71) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (53) 621.316.925(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР ,9 459827, кп. Н 02 J 9/00, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

9 568115, кл. H 02 J 9/06, 1977.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 3353648/07, кл. Н 02 J 9/00, 1981. (54) СПОСОБ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ПЕРЕМЕННОГО

TOKA II CTPOACTBO IIII 10 OC ECTMIE»

НИЯ. (57) 1. Способ бесперебойного элек тропитания потребителей переменного тока, основанный на формировании систем многофазных напряжений и оп- . ределении системы напряжений, фазы которой минимально отличаются от фазы напряжений основной сети, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью улучшения качества электрической энергии, формируют дополнительные системы напряжений с фазовым сдвигом 150 эл.град., фазы и амплитуды которых равны соответственно фазам и амплитудам системы напряжений, полученной путем стабилизации напряжений основной сети на уровне.максимально допустимой величины и вычитания из них напряжений резервной сети, суммируют их с напряжениями резервной сети и при отключении основной сети укаэанные суммарные напряжения подают на потребители переменного тока, после чего амплитуду дополнительных систем напряжений уменьшают до йуля со скоросamSUau А тью, определяемой допустимым отклонением мгновенной частоты напряжений, подаваемых на потребители переменного тока, а фазы сохраняют не изменными.

2 ° устройство бесперебойного электропитания потребителей переменного тока, содержащее основной коммутатор, подключенный к основной сети, силовой трансформатор, подключенный к резервной сети, одни концы вторичных.обмоток которого соединены между собой через ключевые элементы коммутатора, три фазных зажима, соединенных через ключевые элементы коммутатора с каждой клеммой потребителей переменного тока, блок контроля фа- Щ зы напряжения и блок контроля полярности напряжения, выходы которых под ключены к цепям управления ключевых элементов коммутатора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения качества электрической энергии, в него введены управляемый выпрямитель, подключенный к резервной сети, инвертор с двумя трансфор.. маторами, первичные обмотки которых соединены в звезду и треугольник, а соответствующие вторичные обмотки через дополнительные ключевые элементы соединены параллельно между

I собой и последовательно с вторичными обмотками силового трансформатора, подключенного к резервной сети, обратный инвертор, цепи управления которого связаны со своей схемой управления, подключенной к резервной сети, вход и выход - соответственно с выходом выпрямителя и резервной сетью, схема управления, содержащая первый блок, включающий в себя согласующий трансформатор, подключенный к резервной сети, переключатель, подключенный силовыми электродами к вторичным обмоткам согласующего трансформатора, а

1072179 цепями управления — к блоку контроля фазы напряжения и блоку контроля полярности .напряжения, второй блок, включающий в себя фазочастотный детектор, входы которого подключены к выходным зажимам переключателя и через согласующий трансформатор к клеммам потребителей переменного тока, а выходы через схемы И, вторые входы которых соединены с датчиком напряжения," - к раздельным входам дополнительного триггера, связанно-. го через усилители мощности с цепями управления дополнительныя ключевых элементов, третий блок, включающий в себя формирователь синхронизирующих импульсов, вход которого подключен к последовательно соединенным вторичным обмоткам согласующих трансформаторов, подключенных через стабилизатор к клеммам потре- . бителей переменного тока и выходным зажимам переключателя, последовательно соединенные схема И, подключенная к формирователю синхронизирующих импульсов и датчику напряжения, задающий генератор, регистр сдвига и усилитель мощности, выходы которого соединены с цепями управления инвертора,-четвертый блок, включающий в себя модулятор, вспомогательный коммутатор, входы которого через выпрямитель и согласующий трансформатор соединены с фазными зажимами и датчиком напряжения, а выход — с амплитудным компаратором модулятора, пятый блок, включающий

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности, к системам гарантированного электропитания ответственных потребителей переменного тока при наличии несколь ких .автономных сетей.

Известен способ автоматического включения резерва судовых потребителей, основанный на переключении ответственных потребителей с основной сети на резервную коммутатором при выходе из строя основной сети . (1) .

Недостатком известного способа является то, что при двух или нескольких автономных сетях, фазы и частоты которых отличаются друг от друга, оно не обеспечивает заданного качества электрической энергии из-за искажения формы напряжения при переключении с основной сети на резервную. в себя два согласующих трансформатора, один из которых через стабияи затор переменного напряжения подключен к основной .сети, а другой - к резервной, последовательно соединенные выпрямитель, подключенный к последовательно соединенным вторич,ным обмоткам укаэанных трансформаторов, амплитудный компаратор, расширитель импульсов, выход которого подключен к схеме управления основным коммутатором, и инвертор, выход которого соединен с вспомогательными схемами И блока контроля фазы напряжения, при этом входы блока контроля @азы напряжения и блока контроля полярности напряжения подключены через стабилизаторы переменного нап ряжения к резервной сети и клеммам потребителей переменного тока.

3. Устройство по п.2, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок контроля фазы напряжения содержит дополнительно в каждом субблоке цепь, включающую в себя последовательно соединенные вспомогательные схему И и второй усилитель мощности, подключенную входами к входу первого усилителя мощности, выходам расширителя импульсов пятого блока и датчика напряжения, а выходами — к цепям управления ключевых элементов коммутатора, при этом выходы первых усилителей мощности подключены к цепям управления ключевых элементов переключателя.

Известно устройство .бесперебойного переключения электропитания потребителей в сетях переменного то5 ка, содержащее статические переключатели с блоками управления пе1 реключатели основной и резервной сети, автономный инвертор напряжения с источником питания. При питании на10 грузки от основной сети выходное напряжение ннвертора совпадает по .фазе с напряжением указанной сети

Ф что позволяет при исчезновение питания от основной сети осуществить .дитание нагрузки от инвертора (2) .

Недостатком известного устройст"ва является низкое качество электри ческой энергии на потребителях переменного тока, обусловленное возможностью провала напряжения на нагрузке в динамических режимах и искажени ем формы питающего напряжения.

1072179

Наиболее близкими tro технической сущности к предлагаемым являются способ электропитания потребителей переменного тока и устройство для его осуществления.

Способ предусматривает формирование из напряжения основной и резерв ной сетей многофазных систем напряжений, определение рабочей системы напряжений, фаза которой минимально .отличается от фазы напряжения ос,новной сети, и переключение потребителей на резервную сеть с помощью коммутатора при отключении основной сети.

Укаэанное устройство .содержит силовой трансформатор, подключенный к автономной сети, вторичные обмотки которого соединены между собой и с фазными зажимами через ключевые элементы коммутатора, блок контроля фазы напряжения, блок контроля полярности напряжения, входы которых подключены к основной и резервной сетям, а выходы — к цепям управления ключевых элементов коммутатора. При наличии напряжения в основной сети потребители переменного тока получают энергию от этой сети. При аварии в основной сети за счет ключевых элементов коммутатора осуществляются необходимые коммутации и подключение потребителей переменного тока.к резервной сети. Основная сеть отключается от потребителей также при помощи коммутатора. При этом мгновенная частота напряжения, подаваемого на потребители переменного тока, при переключении на резервную сеть отличается значительно и может во многих случаях не удовлетворять (31 .

Недостатком известного способа является низкое качество электрической энергии, подаваемой к потребителям, приводящее к увеличению длительности одного полупериода пи« тающего напряжения.

Недостатком известного устройства является низкое качество электри; ческой энергии, обусловленное искажением формы напряжения, что приводит к снижению надежности работы некоторых ответственных потребителей переменного тока.

Цель изобретения — улучшение качества электрической энергии, приводящее к повышению надежности работы потребителей переменного тока.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу беспере.бойного электропитания потребителей переменного тока, основанном на формировании нескольких систем многофазных напряжений и определении системы напряжений, фаза которой минимально отличается от фазы напря жений основной сети, формируют дополнительные системы напряжений с фазовым сдвигом 150 эл.град., фазы и амплитуды которых равны соответственно фазам и амплитудам системы напряжений, полученной путем стабилизации напряжений основной сети на уровне максимально допустимой величины и вычитания из них напряжений

10 резервной сети, суммируют их с напряжениями резервной сети и при отключении основной сети укаэанные суммарные напряжения подают на потребители переменного тока, после

15 чего амплитуду дополнительных систем напряжений уменьшают до нуля со скоростью, определяемой допусти мым отклонением мгновенной частоты напряжений, подаваемых на потребители переменного тока. а фазы оставляют неизменными.

- Поставленная цель достигается также тем, что в устройство беспер бойного электропитания потребителей переменного тока, содержащее основной коммутатор, силовой трансформатор, три фазных зажима, соединеннйх через ключевые элементы коммутатора с, каждой клеммой потребителей перемен30 ного тока, блок контроля фазы напря- . .жения и блок контроля полярности напряжения, дополнительно введены управляемый выпрямитель, подключенный к резервной сети, инвертор с

35 двумя трансформаторами, первичные обмотки которых соединены в звезду и треугольник, а соответствующие вторичные обмотки через дополнительные ключевые элементы соединены парал4р лельно между собой и последовательно с вторичными обмотками .силового трансформатора, подключенного к резервной сети, обратный инвертор, цепи управления которого связаны со

45 своей схемой управления, подключенной к резервной сети, а вход и выход — соответственно с выходом выпрямителя и резервной сетью, схема управления, содержащая первый блок, включающий в себя согласующий трансформатор, подключенный к резервной сети, переключатель, подключенный силовыми электродами к вторичным обмоткам согласующего трансформатора, а цепями управления — к блоку .контроля фазы напряжения и блоку контроля полярности напряжения, второй блок, включающий в себя фазочастотный детектор, входы которого подключены к выходным зажимам пере60 куючателя и через согласующий трансформатор к клеммам потребителей переменного тока, а выходы через схемы И, вторые входы которых соеди,нены с датчиком напряжения, - к раздельным входам дополнительного триг1 072179 гера, связанного через усилители мощности с цепями управления дополнительных ключевых элементов, третий блок, включающий в себя формиро ватель синхронизирующих импульсов, вход которого подключен к последова тельно соединенным вторичным обмоткам согласующих трансформаторов, подключенных через стабилизатор к клеммам потребителей переменного тока и выходным зажимам переключателя, последовательно соединенные схема

И, подключенная к формирователю синхронизирующих импульсов и датчику напряжения, задающий генератор, регистр сдвига и усилитель мощности, 15 выходы которого соединены с цепями управления инвертора, четвертый блок, включающий в себя модулятор, вспомогательный коммутатор, входы которого через выпрямитель и согла- g{) сующий трансформатор соединены с фазными зажимами и датчиком напряжения, а выходом — с амплитудным ком- паратором модулятора, пятый блок, включающий в себя два согласующих трансформатора, один из которых через стабилизатор переменного напряжения подключен к основной сети, а другой — к резервной, последовательно соединенные выпрямитель, подклю.— ченный к последовательно соединенным вторичным обмоткам указанных трансформаторов, амплитудный компаратор, расширитель импульсов, выход которого подключен к схеме управления основным коммутатором, и инвертор, выход которого соединен с вспомогательными схемами И блока . контроля фазы напряжения, при этом входы блока контроля фазы напряжения и блока контроля полярности напря- 4О жения подключены через стабилизаторы переменного напряжения к резервной сети и клеммам потребителей переменного тока.

При этом блок контроля фазы напряжения содержит дополнительно в каждом субблоке цепь, включающую в себя последовательно соединенные ! вспомогательные схему И и второй усилитель мощности, подключенную входами к входу первого усилителя мощности, выходам расширителя импульсов пятого блока и датчика напряжения, а выходами — к цепям управления ключевых элементов коммутатора, при этом выходы первых усилителей мощности подключены к цепям управления ключевых элементов переключателя.

На фиг. 1 представлена схема 60 фазных напряжений на фиг. 2 — уст ройство бесперебойного электропитания потребителей переменного тока; на фиг. 3 — схема управления; на фиг. 4 — блок контроля полярнос 65

Ф ти напряжения; на фиг. 5 — блок контроля фазы напряжения.

Сущность предлагаемого способа бесперебойного электропитания потребителей переменного тока, основанного на формировании нескольких систем многофазных напряжений за счет различных соединений обмоток силовых трансформаторов, определении системы напряжения, фаза которой минимально отличается от фазы напряжений основной сети, заключается в формировании двух дополнительных систем напряжений с фазовым сдвигом

150 эл.град, фазы которых определяют путем стабилизации напряжений основной сети на уровне максимально допустимой величины, вычитания из них напряжений резервной сети., . формирования управляющих напряжений, находящихся в фазе с полученной разностью напряжений, и подачей их на цепи управления инвертором, получения постоянного напряжения, пропорционального амплитуде суммарных напряжений дополнительной системы резервной сети, сравнивая его с опорным, формирования управляющих напряжений и подачей их на цепи управления выпрямителя, и при отключении основной сети указанное суммарное напряжение подают на потребители переменного тока, после чего амплитуду дополнительной системы напряжений за счет выпря-, мителя уменьшают до нуля со скоростью, определяемой допустимым отклонением частоты напряжения, пода ваемого на потребители переменного тока, а фазу оставляют неизменной.

На фиг. 1 представлена трехфазная система напряжений основной

1-3 и резервной 4-6 сетей, Из системы напряжений 4-6 формируют систему напряжений 7-9,, сдвинутую относительно резервной на 180 эл.град.

Принципиально из полученных напряжений можно сформировать еще несколько систем напряжений. Инвертор формирует дополнительные системы напряжений 10.1, 11.1, 12.1, (10.2, 11.2, 12.1) и 13,1, 14.1, 15.1 (13.2, 14.2, 15,2), Устройство бесперебойного электро питания потребителей переменного тока (фиг. 2)содержит силовой трансформатор 16, подключенный к резервной сети, одни концы вторичных обмоток

17-19 которого соединены между собой через ключевые элементы 20 и 21 до полнительного коммутатора, выполненного на ключевых элементах 20-31, три фазных зажима 32-34, соединенных через ключевые элементы 35-43 коммутатора с каждой клеммой потребителей переменного тока (А,B,С), блок 44 контроля фазы напряжения и блок 4.

1072179

10.1, 13.1, 11.1, 14.1, 12.1 и

15.1), обратный инвертор 66, вход и цепи управления которого связаны соответственно с выходом выпря- мителя 46 и схемой 67 управления, подключенной к резервной сети, а выход - с резервной сетью, основной коммутатор со схемой 68 управле ния,.стабилизаторы 69 переменного напряжения, схему 70 управления. у

Схема 70 управления (фиг. 3) содержит первый блок 71, включающий согласующий трансформатор 72, подключенный к резервной сети, переклю чатель на ключевых элементах 73-93,,.подключенный к вторичным обмоткам трансформатора 72, второй блок 94, включающий фазочастотный де:тектор 95, входы которого подключены к вторичной обмотке согласующего трансформатора, подключенного к клем,мам нагрузки, и выходному зажиму .переключателя, а выходы через схемы .И 96 и 97, связанные с датчиком напряжения, — к раздельным входам

"дополнительного триггера 98, соединенного через усилители 99 и 100 мощности с цепями управления дополнительных ключевых элементов 60-65, третий блок 101, включающий формиро-, ватель 102 синхронизирующих импуль-! сов, вход которого подключен к последовательно соединенным вторичным обмоткам 104 согласующих трансформаторов, один иэ которых соединен через стабилизатор 103 с нагрузкой, .последовательно соединенные схему

И 105, задающий генератор 106 и регистр 107 сдвига, подключенные к фор мирователю 102 синхронизирующих импульсов и датчику 159 напряжения, соединенному с основной сетью, усилитель 108 мощности, входы которого соединены с регистром 107 сдвига, а выходы - с цепями управления ключевых элементов инвертора 47, выходные зажимы 109-111 переключателя,четвертый блок, включающий модулятор

112, содержащий эадающий генератор

113, формирователь 114 пилообраэно20

65 контроля полярности напряжения, выходы которых подключены к цепям управления ключевых элементов коммутаторов, управляемый выпрямитель 46, подключенный к резервной сети, инвертор 47 с двумя трансформаторами, первичные обмотки которых соединены в звезду 48-50 и треугольник 51-53, а соответствующие вторичные обмотки

54,55; 56, 57; 58, 59 через дополнительные ключевые элементы 60-65 соединены параллельно между собой и последовательно с вторичными обмотками 17-19 силового трансформатора

16 (на обмотках 17-19 формируются соответственно напряжения 4-6, а 15 на обмотках 54-59 — напряжения

Ъ го напряжения, амплитудный компаратор 115 и усилитель 116 мощности, выпрямитель 117, вспомогательный коммутатор 118, связанный с выпрямителем 117, амплитудным компаратором 115 и датчиком напряжения, пя тый блок 119, включающий два согласующих трансформатора-, последователь но соединенные выпрямитель 120, амплитудный компаратор 121, расширитель 122 импульсов и инвертор 123, при этом один согласующий трансформатор подключен через стабилизатор .124 переменного напряжения к основной сети, а другой через стабилизатор 125 переменного напряжения - к резервной, выход инвертора 123 — к вспомогательным схемам И блока 44 контроля фазы напряжения, а выход расширителя 122 импульсов — к схеме управления основным коммутатором 68.

Блок 45 контроля полярности напряжения (фиг, 4) содержит два "убблока, каждый из которых имеет согласующие трансформаторы 126.1-129.1 (126.2-129.2), подключенные через стабилизаторы 69 к нагрузке и резервной сети, выпрямители 130.1, 131.1, 132.1 (130.2, 131.2, 132.2), °, выходы которых объединены и подключены к цепи, состоящей из последовательно соединенных. амплитудного компаратора 133.1 (133.2), расширителя 134.1 (134.2) импульсов, при этом первый усилитель 135.1 мощности подключен к расширителю 134.1 импульсов, а другой .усилитель 135.2 мощности через схему И 136 вЂ,к расширителю 134.2 импульсов и инвертору 137, вторичные обмотки 138 ° 1140.1 (138.2, 140.2) согласующего трансформатора 126.1(126.2) через вторичные обмотки 141.1, 142.1, 143.1 (141.2, 142.2, 143.2) других согласующих трансформаторов 127.1, 128.1, 129.1 (127.2, 128. 2, Х29. 2) соединены с входами указанных выпря. мителей, а свободный вход схемы И

136 - с выходами инвертора 137, подключенного к выходу первого расширителя 134.1 импульсов.

Блок 44 контроля фазы напряжеwa (фиг. 5) содержит три субблока, каждый иэ которых имеет два согласующих трансформатора 144.1, 145.1 (144.2, 145.2, 144 ° 3, 145.3), вторичные обмотки 146.1(146.2, 146.3), 147„1 (147 ° 2, 147 ° 3), 148 ° 1 (148. 2, 148.3), 149.1 (149. 2,149 >3) которых подключены к выпрямителям

150.1., 151.1 (150.2, 151.2, 150.3, 151.3), цепь, содержащую последовательно соединенные амплитудный компаратор 152.1 (152. 2, 152.3) и. расширитель 153.1 (153.2, 153.3) импульсов, схемы И,154.2 и 154.3, под

9. 1072179 10 ключенные выходами к первым усилителям 155.2 и 155.3 мощности, соединены с инвертором 156.1, а схема

И 154.3 дополнительно - с инвертором . 156 ° 2. Усилитель 155.1 мощности подключен к расширителю 153 импульсов непосредственно.

Дополнительная цепь, включающая схему И 157.1 (157.2, 157;3) и второй усилитель 158.1 (158.2, 158.3) мощности, подключена входами к входу усилителя 155.1 (155.2, 155.3) мощйости датчику 159 напряжения и расширителю 122 импульсов пятого блока.

В нормальном режиме потребители переменного тока (нагрузка) подключены к основной сети 1-3 (фиг. 1) через основной коммутатор 68. В это же время имеется резервная сеть с напряжениями 4-6, из которой за счет различных соединений вторичных обмоток силового трансформатора 16 дополнительно можно сформировать напряжения 7-9, сдвинутые относительно напряжения 4-6 на 180 эл.град.

Принципиально количество таких напряжений, получаемых из резервной сети, можно увеличить за счет силовых трансформаторов. Так как сети, подводимые к нагрузке, отличаются по частоте, то фазы их напряжений постоянно изменяются одна относительно другой. Для получения напряжения, находящегося в фазе с основной сетью при изменении фазы напряжения резервной сети, формируют две дополнительные системы трехфазных напряжений 10, 11, 12; 13, 14, 15 с фазовым сдвигом 150 эл.град. Фазы их относительно напряжений основной сети (ориентация векторов напряжений

10-15 в пространстве) определяются фазами и амплитудами напряжений основной и резервной сетей и равны фазе напряжений, определяемых разностью. напряжений резервной сети и максимально допустимых напряжений основной сети. Последнее условие (в определении фазы дополнительной системы напряжений необходимо использовать максимально допустимую амплитуду основной сети) диктуется тем, что при подключении нагрузки всегда наблюдается "провал" питающего напря жения. Поэтому суьма напряжений резервной и дополнительной сетей вcerда равна максимально .допустимой для нагрузки величине. Из полученных напряжений, определяемых разностью напряжений резервной сети и максимально допустимых напряжений основной сети, формируют управляющие сигналы, находящиеся в Фазе с указанными напряжениями, и подают на цепи управления инвертора, формирую. щего дополнительные системы напряжений. Амплитуды дополнитель ных сис тем напряжений также зависят от фаз и амплитуд резервной системы напря- жений и максимально допустимой величины напряжений основной сети.

Амплитуды дополнительной системы напряжений определяются путем получения постоянного напряжения, пропор ционального сумме напряжений резерв ной сети и дополнительной системы напряжений, сравнения его с опорным, получения управляющего сигнала и подачей его на цепи управления выпрямителя, включенного в цепи пи- тания инвертора, т.е. выполнением обратной связи по напряжению на зажимах 32-34. Необходимость формирования двух систем напряжений .определяется тем, что по мере увеличения, например, угла (фиг ° 1а) 0 от нуля до 30 эл.град. (между.напря жениями 1 и 8) амплитуда дополнитель ной системы напряжений 13.1 увеличивается и прн р 30 эл.град. необходимо к рассматриваемой фазе нагруз25 ки подключить напряжения (4.1+10.1) с углом Ж 30 эл.град, т.е. необходимо переключиться на дополнительное напряжение 10 ° 1 с фазовым сдвигом относительно напряжения 13.1

150 эл.град. Этим и объясняется необходимость формирования двух систем напряжения с фазовый сдвигом

150 эл.град. Так как после исчезновения (аварии) напряжения в основ ной сети невозможно определить необходимую фазу дополнительных сис-. тем напряжений, то предусматривается сохранение частоты и фазы управляющих сигналов инвертора на уровне доаварийной за счет задающего генератора 106. При этом амплитуды напрл жений дополнительных систем напряжений уменьшают до нуля со скоростью„ определяемой допустимым отклонением

45 частоты напряжений, подаваемых на нагрузку. На практике это достигается вспомогательным коммутатором

118, который обеспечивает плавное изменение постоянного напряжения, подаваемого на орган сравнения (амплитудный компаратор) после аварии основной сети. Такое уменьшение амплитуды -напряжения, подаваемого на инверторы, обеспечивает потребители энергией заданного качества и позволяет уменьшить время работы инвертора. Так как фазовый сдвиг между напряжениями 4 и 10.1, 5 и 11.1... больше 30 эл.град., то энергия, потребляемая от,.выпрямите60 ля, меньше энергии, поступающей в выходной конденсатор выпрямителя от резервной сети. Это приводит к необходимости рассеяния указанной эрегии, что достигается обратным инвертором со схемой управления илн

1072179

12 выполнением выпрямителя с двухсторон- частотный детектор 95, конструктивно ней проводимостью (можно использо- входящий во второй блок, имеет два вать ее на обогрев помещения и т.д.) . входа и два выхода. На один из его

Таким образом, предлагаемый спо- входов подается сигнал (напряжение) соб бесперебойного электропитания от нагрузки основной сети), а на обеспечивает потребители переменного 5 другой сигнал с выходных клемм тока энергией высокого качества в 0-109 переключателя. Фазочастотный статических и динамических режимах детектор Формирует на выходе сигнал, независимо от частот (разности фаз) знак которого определяется соотноавтономных частей переменного тока, шением частот сигналов, подаваемых что приводит к повышению надежности 10 на .ахоа (<4> f mlH -"40), то переменного тока подключены к основ- на одном выходе фазочастотного деной сети через основной коммутатор тектора 95 Формируется сигнал, а

68. При этом на выходах блока 45 если вектор напряжения 1 отстает от контроля полярности напряжения и о вектора напряжения 4 (и(0), то укасхем 70 и 67 управления формируются занный сигнал формируется на другом соответственно сигналы на включение выходе. Далее полученйые сигналы .ключевых элементов 20, 21, 25, 26, через схемы И 96 и 97 поступают на

28, 30 или 22, 23,24, 27,29,31; Раздельные входы триггера 98, вы60, 62, 64 или 61, 63, 65; на управ- ходные сигналы которых подаются на ление выпрямителем 46, инвертором 47 Усилители 99 и 100 мощности, обеси обратным инвертором 66. На фазных печивающие включение ключевых элемензажимах 32-34 формируются суммарные . тов 61, 63, 65 или.бО, 62, 64. Ввенапряжения максимально допустимой дение схем И 96 и 97 обусловлено амплитуды (4+10, 5+11, 6+12), фазы тем, что при исчезновении напряжекоторых совпадают с фазами напряже30 ния в основной сети требуется сохраний 1-3 основной сети. В случае нить доаварийные сигналы управления аварии в основной сети (к.з., откло- на дополнительных ключевых элементах нение напряжения от номинальной ве- 60, 62, 64 65. Достигаличины, исчезновение одной фазы) ется это путем снятия сигнала (едини. основной коммутатор 68 отключает З5 цы) от датчика 159 напряжения, подпотребители переменного тока (нагруз- ключенного к основной сети. Такое ки) .от основной сети сигналом от построение блока 94 обеспечивает датчика напряжения, а импульсы уп-. подключение последовательно с обмотравления, поступающие на ключевые . к ами 1 7-1 9 в торич ных обмоток 5 4, 5 6, элементы 35-43 от блока 44 контроля 40 58 (когда К > О) или вторичных обмофазы напряжения, обеспечивают ток 55, 57, 59 (когда К .(О), напряподключение нагрузки к фазным зажи- жения которых сдвинуты друг относимам 32 34, фазы напряжений которых тельно друга на угол 150 эл.град. совпадают с фазами напряжений основ- (на обмотках 54 - 59 формируются соной сети на момент аварии в ней: 4g ответственно напряжения 10, 13, 11, Схема 70 управления работает,сле- 14, 12, 15). В третьем блоке 101 дующим образом. один согласующий трансформатор 104

Перв б 71 подключен к выходу 109 переключатеервый блок 71 обеспечивает фор» мирование на ля, а второй трансформатор через ание на выходных зажимах 109- стабилизатор 103 переменного напрятрех азной системы напряжений, максимальный ф

ы .Фазовыи сдвиг относижения — к клеммам нагрузки, т.е. разность напряжений 1 и 4 подается тельно напряжений основной сети не превыш > 30 рад п авление превышает 30 эл.град. Уп авление ,на формирователь 102 синхронизируюРад правление щих импульсов. При этом введение ключевыми элементами 73-93 осущест ст стабилизатора 103 обеспечивает поддержание амплитуды напряжения навляется от блока 44 контроля фазы напряжения и блока 45 контроля поляности напряжения. На фиг. 3 представ. напряжен б 45 роля поляр- грузки (основной сети) на уровне лен вариант выполнения переключате-. что о максимально допустимой величины

I ля трехфазн„ (кле 109 111) х "" .беспечивает Формирование максимальной величины напряжения иа тя при этом используется только од- 60 фазных зажимах 32-34. Выходные сига аза полученной системы напряже- алы формирователя 102 синхронизиторо лок обеспечйвает формирован рующих импульсов, определяющие фазу дополнительных систем напряжений, ормирование сигналов управления поступают через схему И 105 на задаюдополнительными ключевыми элемента= или 61, 63 65. ФазоФазо- 6$ щий генератор 106, обеспечивающий

14

13

1072179 формирование прямоугольного напряжения, фаза которого совпадает с фазой суммарного напряжения вторичных обмоток указанных согласующих трансформаторов, т.е. фазой Ч дополнительной системы напряжений. Далее полученный сигнал поступает на регистр 107 сдвига, который обеспечивает формирование еще двух прямоугольных сигналов, сдвинутых относительно выходного сигнала задающего генератора на 120 и 240 эл.град.

Полученные сигналы усиливаются усилителем 108 моцности и поступают на инвертор 47, который и обеспечивает фоэмирование двух дополнительных 15 трехфазных систем напряжений 10-15.

Четвертый блок обеспечивает стабилизацию напряжений на фазных зажимах 32-34 (4+10), (5+11),(6+12) на уровне максимально допустимой величины. При аварии в основной сети вспомогательный коммутатор 118, связанный с датчиком напряжения, исключает подачу напряжения с выхода выпрямителя 117, обеспечивает подачу и изменение постоянного напряжения с доаварийного уровня напряжения выпрямителя до нуля. Скорость уменьшения этого напряжения определяется допустимым отклонением мгновенной частоты напряжения на нагрузке и задается однозначно дополнительным коммутатором 118. Пятый блок обеспечивает переключение потребителя переменного тока с резервной сети на основную при появ- З5 лении основной сети. Достигается это в момент совпадения фаз напряжений указанных сетей путем суммирования напряжений основной и резервной сетей, их выпрямления выпрями- 40 телем 120, сравнения с опорным Upq в амплитудном компараторе 121 и формирования непрерывного сигнала расширителем 122 импульсов. Сигнал на выходе амплитудного компаратора 121 появляется только при совпадении основной и резервной сеФей, т.е. только в этом случае на входе амплитудного компаратора имеется напряжение максимальной амплитуды. Только 50 при совпадении фаз основной и резервной сетей появляется импульс на выходе расширителя 122 импульсов, который поступает в основной коммутатор íà его включение, а на выходе 55 инвертора 123 сигнал исчезает, что приводит к снятию его со схемы

И 157 (фиг. 5) и, следовательно, с клнчей 35-43 коммутатора. Введение стабилизаторов 124 и 125 обеспечивает более точное определение момента совпадения фаз напряжений основной и резервной сетей из-за колебаний амплитуд их напряжений. Блок 45 контроля полярности напбяжения . 65 (фиг. 4) обеспечивает формирование сигналов на коммутацию ключевых элементов 73-84 переключателя (Фиг. 3) и ключевых элементов 20-31 коммутатора (фиг. 2).

Блок 45 работает следующим образом.

Когда нагрузка подключена через основной коммутатор к основной сети, то трансформаторы 126.1, 126.2 (возможно и совмещение обмоток на одном трансформаторе) подключены также к основной сети. На вход выпрямителей 130-132 подаются соответственно напряжения, пропорциональные напряжениям (1+4), (1+5), (1+6),, а на выпрямители 130-132 — соответственно напряжения, пропорциональные напряжениям (1+7), (1+8), (1+9) ° Опорное напряжение Uzz на амплитудных компараторах устанавливается таким образом, чтобы импульсы на выходе появлялись при углах и P (30 эл.град. Для исключения аварийных режимов при

И= =ЗО эл.град. введены инвертор 137, подключенный к расширителю 134 импульсов, и схема И 136, которые ис" ключают одновременную подачу сигна- лов управления на ключевые элементы

77, 79, 81, 75, 76, 83, 22, 23,. 24, 27, 29, 31 и 78, 80, 84, 74, 73, 82, 20, 21, 25, 26, 28, 30. На выходе одного из усилителей 135.1 и 135.2 мощности независимо от наличия основной сети всегда существуют сигналы управления. Это необходимо для поддержания на фазных клеммах 32-34 напряжения, находяцегося в фазе с основной сетью. При исчезновении напряжений в основной сети за счет сигнала от датчика напряжения основной коммутатор 68 отключает нагрузку от этой сети, а блок 44 контроля, фазы напряжения (фиг. 5) обеспечивает подключение фазных зажимов

32-34 к нагрузке, что способствует подаче напряжения резервной сети (совместно с дополнительной систем напряжений) на трансформаторы 126.1, 126.2 и сохранению доаварийных сигналов с выходов усилителей 135.1, 135.2 мощности.

Блок 44 контроля Фазы напряжения работает следующим образом.

В нормальном режиме нагрузка подключена к основной сети и на трансформаторы 144.1, 144.2, 144.3 подает

rÿ напряжение этой сети. На вход .вы- прямителей 150 .1 и 151 .1 подаются соответственно сумма напряжений, пропорциональных напряжениям (1+4) и (1+7) . Опорное напряжение Uatt ., подаваемое на амплитудный компаратор 152.1, устанавливается таким чтобы импульсы напряжения на выходе появлялись при углах оС иP 6 30 эл.град что указывает на минимальный фазо16

1072179

60 вый. сдвиг между напряжениями 1 и 4 или 1 и 7. Другие субблоки контролируют фазовые сдвиги между напряжениями 1 и 5, 1 и 8;.1 и 6; 1 и 9.

В любой момент времени всегда существует сигнал на выходе одного из усилителей 155.1, 155.2, 155.3 мощности, что обеспечивает насыщение соответствующих ключевых элементов

85-93 переключателя. Для включения ключей 35-43 коммутатОра дополнительно необходимо пфдать на схемы

И 157 сигналы с датЧика 159.напряжения (единицу) и инвертора 123 пятого блока. При аварии в основной сети на выходе расширителя 122 импульсов сигнал исчезает, а на вы ходе инвертора 123 появляется, что приводит к выключению основного коммутатора и появлению сигналов на выходе соответствующего усилителя

158.1, 158.2, 158.3 мощности (единица поступает и с датчика 159 напря жения) .. После. переключения нагрузки на резервную сеть на трансформаторы 144.1, 144.2, 144 ° 3 подключается резервная сеть совместно с дополни.тельной системой и сохраняется доаварийная схема включений ключевых элементов переключателя и коммутатора.

Рассмотрим работу устройства в целом.

В момент времени (фиг. 1б) минимальный фазовый сдвиг относительно напряжения 1 имеет напряжение 4 и максимальное напряжение (фиг. 4) находится на входе выпрямителя

130.1 (1, 2, 3 — фазы A B С основной сети; 4, 5, 6 — фазы А, В, С резервной сети). Это значит, что сигнал имеется на выходе расширителя 134.1 импульсов и усилителя

135.1 мощности. Нулевой сигнал на выходе инвертора.137 исключает появление сигнала на выходе усилителя

135.2 мощности. Если появляется сигнал на выходе расширителя 134.2 импульсов (при м = (3а 30 эл. град.), то сигналы на выходе усилителя

135.2 мощности появляются после снятия сигнала управления с усилителя

135.1 мощности.

Таким образом, в указанный момент времени включены ключевые эле. менты 77, 79, 81, 75, 76, 83 (фиг, 3) и 22, 23, 24, 27, 29, 31 (фиг. 2) . В то же время сумма напряжений обмоток 146.1 и 148.1 (1+4) максимальна и сигналы появляются на выходе усилителя 155.1 мощности, приводящие к включению ключевых элементов 85,89, 93, что способствует появлению фазы A резервной сети на выходном зажиме переключателя 109, фазы В - на зажиме 110, фазы Сна зажиме 111 (зажимы 110 и 111 используются в случае несимметричной резервной сети) . На фазочастотный детектор 96 поступают при этом напря жения, находящиеся в фазе с напряжениями 1 и 4. Так как угол 0(ъ 0 и сигнал поступает от датчика 159 напряжения на схемы И 96 и 97, то триг. гер 98 выдает сигналЫ> 0 на усилитель 100 мощности, что обеспечивает подачу сигналов управления на ключевые элементы 60, 62, 64, приводящих к подключению обмоток 54, 56, 58 последовательно со вторичными обмотками 17-19 силового трансформатора 16. Это приводит к тому,, что

35 за счет обратной . связи по напряжению на фазных зажимах 32-34 поддерживается неизменная амплитуда напряжения независимо от разности фаз между напряжениями основной и резерв. ной сетей. При этом фаза дополнительной системы напряжений определяется третьим блоком 101 ° При аварии в основной сети (отключение ее от нагрузки) из-за запаздывания снятия

25 сигналов управления с усилителя 135 мощности на время более 0,5 периода напряжения основной сети (свойство расширителей импульсов 134.1...) остаются включенными ключевые элементы 77, 79, 81, 75, 76, 83, 22, 23, 24, 27, 29, 31 (фиг. 4) и 85, 89, 93 (фиг. 5). Кроме того, сигналы (единицы) на схемы И 157.1, 157.2, 157.3 поступают от датчика 159 напряжения и инвертора 123 пятого блока,,что обеспечивает подачу импульсов управления на ключевые элементы 35, 39, 43, т.е. нагрузка подключается к фазным клеммам 32-34. При этом на трансформаторы 126..1, 126.2, 144.1, 40 144.2, 144.3 подается напряжение

4+10, что сохраняет доаварийное включение ключевых элементов схемы.

Со схемы И 105 снимается сигнал, пос тупающий от датчика 159 напряжения, 45 что приводит к снятию сигналов синхронизации с генератора 106, который переходит в автономный режим работ» и сохраняет определенное время фаз доаварийного сигнала. Сигнал, пос50 тупающий от датчика напряжения на вспомогательный коммутатор 118, обеспечивает отключение выпрямителя 117 от амплитудного компаратора

115, подключение и изменение пос тоянного напряжения, поступающЕго на амплитудный компаратор 115. Это приводит к плавному уменьшению амплитуды напряжения питания инвзр-. тора 47. (выходного напряжения выпрямителя 46) и переходу питания на. грузки только от резервной сети.

При появлении напряжения основной сети датчик 159 напряжения выдает сигнал с выдержкой времени 5-10 с для того, чтобы за это время прошли

65 переходные процессы в основной сети

17

1072179

10

При совпадении фаз указанных нап ряжений на. выходе амплитудного компаратора 121 и расширителя 122 импульсов появляется сигнал, который подается на включение основного коммутатора и через инвертор 123 на выключение ключевых элементов 35, 39, 43. Таким образом, осуществляется переключение нагрузки ° с .резервной на основную сеть и схема работает в нормальном режиме.

Рассмотрим переключения в схеме при подключении нагрузки к резервной сети.

Если система напряжений резервной сети вращается относительно,15 напряжений осньвной сети по часовой стрелке (фиг. 1), то при увеличении угла о до 30.эл.град. импульсы появляются на выходе амплитудного компаратора 152.2 и расширителя 153.2 20 импульсов. После исчезновения сигналов на выходе расширителя 153 импульсов (при Ж 30 эл.град. ) сигналы . управления появляются на выходе усилителя 155 .2 мощности, что обеспе- 25 чивает включение ключевых элементов

87, 88, 92 и подготовку к включению фаэ В, С, A резервной сети соответственно фазам А, В, С нагрузки и т.д, При вращении системы напряжений относительно основной системы напряжений против часовой стрелки. схема

<работает следующим образогл (фиг. 1б).

При уменьшении угла р до нуля происходит переключение триггера 98 за счет изменения сигнала .на выходе

35 фазочастотного детектора (и(0) и сигналы управления поступают на ключевые элементы 61, 63, 65, что обес,печивает подключение обмоток 55, 57, 59 трансформатора инвертора 47 после "0 довательно соответственно с обмотками 17-19 силового трансформатора 16, т.е. на фаэных клеммах 32-34 формируются напряжения 4+13, 5+14, 6+15. При достижении угла М, = - 45

=-30 эл.гоад. фазовый угол между напряжениями 1 и 9 (С) тоже приближается к 30 эл.град. и требуется фазу С резервной сети подготовить для подключения к фазе A нагрузки. При фа- 50 зовых углах между напряжениями 1 и 4, 1 и 3, равных приблизительно

30 эл.град., сигнал появляется на выходе амплитудного компаратора

133.2 расширителя 134.2 импульсов 55 и после исчезновения сигналов на выходе расширителя 134.1 импульсов сигнал с выхода инвертора 137 посту пает на схему И 136, а импульсы управления с выхода усилителя 135.2 мощности - на ключевые элементы 78, 80, 84, /4, 73, 82, 20, 21, 25, .26, 28, 30. В то же время сигналы появляются на выходе амплитудного компаратора 152.3, расширителя 153.3 импульсов и после исчезновения сигналов на выходе расширителя 153.2 импульсов сигнал с выхода инвертора

156.2 поступает на.схему И 154.3, что обеспечивает включение ключевых элементов 86, 90, 91 и подготавливает подключение фазы С резервной сети к фазе А нагрузки. Переключение ключевых элементов 85-93 приводит к тому, что фаза напряжения выходного зажима 109 переключателя изменяется (например, вместо 8.1 подключается 4.1), что приводит к переключению триггера 98 (о )0> и включению ключевых элементов 60, 62, 64 и т.д. (фиг. 1а) . Причем коммутация ключевых элементов 73-93 должна осуществляться одновременно, что достигается подстройкой сигналов, подаваемых на амплитудные компара- . торы 133,1, 133.2, 152.2, 152.3. !

Таким образом,, предлагаемый способ бесперебойного электропитания потребителей переменного тока и устройство для его осуществления обес- . печивают повышение качества электрической энергии при переключении потребителей переменного тока с одной автономной сети переменного тока на другую эа счет постоянства формы напряжения на нагрузке. Повышение качества электрической энергии позво ляет нормально функционировать многим потребителям переменного тока, к которым относятся вычислительные центры коллективного пользования, системы обеспечения безопасности полетов, системы автоматики и контроля атомных реакторов, что приводит к огромной экономической эффективности применения таких устройств. Кроме того, такое построение систем электропитания (без применения силовых инверторов, рассчитанных на полную мощность нагрузки) позволяет повысить КПД системы и решить проблему гарантированного электроснабжения ответственных потребителей переменного тока при наличии нескольких автономных сетей переменного тока.

1072179

1072179,Риг сеть

10721 79

1072179

Фаза наеру (cmad

Фала Ар май ути .(ста .)

Фаза

sepkezic (стаЕ

ФазаЕр най сети (стай

Фаза негру (emu d

УазаА ре ней сети (стаЮ

Фаза Врез ной сети (сваЕ

Фаза C pe наи сети (стаЕ

1072179 (c

Фа

Йт а

/аюас асс (стаФ . Составитель Г. Дамская

Редактор T. Мерменштейн Техред С.-Легеэ а Корректор A. Зимокосов

Заказ 138/48 Тираж 614 . Подлисное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4