Агрегат бесперебойного питания

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к источникам бесперебойного электропитания, и может быть использовано в системах электроснабжения потребителей, недопускающих перерыва питания. Цель изобретения - сокращение количества силового оборудования за счет использования силового коммутатора для заряда и подзаряда аккумуляторной батареи, улучшение массогабаритных показателей, повышение КПД, а также снижение потребляемой от источника переменного напряжения реактивной мощности и уменьшение искажений формы напряжения источника. Агрегат бесперебойного питания выполнен на основе импульсно-модулированного обратимого статического преобразователя (коммутатора) 11, который при нормальных параметрах источника 1 переменного напряжения работает как выпрямитель и осуществляет заряд или подзаряд аккумуляторной батареи (АБ) 2, а при аварии источника 1 автоматически переходит в режим инвертирования и поддерживает непрерывным питание нагрузки 9. При этом коммутатор 11 в режиме выпрямителя потребляет от источника 1 синусоидальный ток, а в режиме инвертора формирует на нагрузке 9 синусоидальное стабилизированное напряжение. В переходных режимах благодаря наличию блока 20 синхронизации отсутствуют броски тока. В режиме выпрямителя коэффициент мощности коммутатора 11 близок к единице. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК щ)g 6 02 1 9/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬПИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21 ) 43 643 49/24- 07 (22) 22.12.87 (46) 07.07.90. Бюл. 1 25 (71) Специальное проектно-конструкторское и технологическое бюро полупроводниковой техники (72) P.Ñ.Галустян, Г.М.Мустафа и Г.И.Вартанян (53) 621.3 16.925(088.8) (56) Ковалев Ф.И. и др. Однофазные агрегаты бесперебойного питания на основе. транзисторных инверторов.

Электротехническая промышленность.

Преобразовательная техника, 1984, и 6, (164), 6-3 . (54) АГРЕГАТ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к источникам бесперебойного электропитания, и может быть использовано в системах электроснабжения потребителей, не допускающих перерыва питания. Цель изобрете-, ния - сокращение количества силового оборудования за счет использования силового коммутатора для заряда и подзаряда аккумуляторной батареи, „„SU„„1576986 А1

2 улучшение массогабаритных показателей, повышение КПД, а также снижение потребляемой от источника переменного напряжения реактивной мощности и уменьшение искажений формы напряжения источника. Агрегат бесперебойного питания выполнен на основе импульсномодулированного обратимого статического преобразователя (коммутатора)

11, который при нормальных параметрах источника 1 переменного напряжения работает как выпрямитель и осуществляет заряд или подзаряд аккумуляторной батареи (АБ) 2, а при аварии источника 1 автоматически переходит в режим инвертирования и поддерживает непрерывным питание нагрузки 9. При этом коммутатор 11 в режиме выпрямителя потребляет от источника 1 синусоидальный ток, а в режиме инвертора формирует на нагрузке 9 синусоидальное стабилизированное напряжение.

В переходных режимах благодаря наличию блока 20 синхронизации отсутствуют броски тока ° В режиме выпрямителя коэффициент мощности коммутатора ll близок к единице. 2 з.п. Ф-лы, 3 ил.

1576986

Изобретение относи ггя к электротехнике, а именно к источникам бесПеребойного эле л вопитания, и может быть использовано в системах энергоснабжения потр ::бителей переменного тока, не допускающих перерыва питания.

Цель изобрет ения - сокращение количества силового оборудования за счет использования силового коммутатора и согласующего трансформатора для заряда и подзаряда аккумуляторниой батареи, улучшение массогабаритйых показателей, повышение КПД, а также снижение потребляемой от источника переменного напряжения реактивной мощности и уменьшение искажений формы напряжения источника.

На фиг. 1 представлены два варианта функциональной схемы агрегата бесйеребойного питания (штриховыми линиями обозначены дополнительные элементы и связи, относящиеся к второму варианту функциональной схемы); на фиг. ? и 3 — примеры реализации отдельных блоков агрегата.

В первом варианте исполнения агрегат (фиг. 1) содержит источник 1 переменного тока (сеть) и аккумуляторную батарею (АБ) 2, к клеммам которых подключены входы блоков 3 и 4 контроля напряжения сети и АБ соответственно.

Выход блока 4 соединен с управляющим входом первого переключателя 5.

Выход блока 3 соединен с управляющими входами второго переключателя 6, прерывателя 7 синхросигнала и быстродействующего контактора 8. Последний силовыми контактами включен последовательно между источником 1 и нагрузкой 9, к которой подключен вход орган а 10 измерения напряжения. Вывод еременного тока силового коммутатра 11 соединен через согласующий трансформатор 12 и первый датчик 13 тока с нагрузкой 9. Вывод постоянного тока коммутатора ll через силовую цепь второго датчика 14 тока соединен с к„ег.мой АБ 2. Выход с датчика

14 соединен с первым входом первой схемы 15 сравнения среднего тока АБ.

Второй вхоп этой схемы соединен с выходом источника U < опорного си нала задания среднего тока АБ. Выход схемы 15 сравнения соединен с первым входом переключателя 5, второй вход которого соединен с выходом второй

Э

45 схемы 16 сравнения напряжения АБ 2.

Первый вход схемы 16 соединен с клеммой АБ 2, а второй вход соединен с выходом источника опорного сигнала задания напряжения АБ. Выход переключателя 5 соединен с входом усилителя-Фильтра 17, выход которого соединен с первым входом первой схемы 18 умножения, второй вход которой соединен с выходом генератора 19 синусоидального опорного напряжения. Вход этого генератора соединен с выходом блока 20 синхронизации, вход которого через прерыватель 7 соединяется с клеммой источника 1. Выход схемы 18 умножения соединен с первым входом третьей схемы 21 сравнения тока сети, второй вход которой соединен с выходом датчика 13 тока. Выход генератора

19 соединен также с первым входом четвертой схемы 22 сравнения напряжения нагрузки, второй вход которого соединен с выходом органа 10 измерения напряжения. Выходы схемы 21 и 22 соединены с соответствующими входами переключателя 6, выход которого соединен с входом сравнивающего усилителя 23, выход которого соединен с управляющим входом блока 24 управления с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Выходы блока 24 соединены с управляющими входами вентилей коммутатора 1!.

Второй вариант исполнения агрегата отличается от первого отсутствием датчика 14 тока для измерения среднего тока АБ и его связи со схемой 15 сравнения, а также наличием двух дополнительных схем: схемы 25 деления и второй схемы 26 умножения. Дополнительные элементы и связи второго варианта исполнения агрегата на схеме фиг, 1 показаны штриховыми линиями.

При этом первый вход схемы 15 сравнения„ соединенный в первом варианте исполнения с выходом датчика 14 тока, во втором варианте соединен с выходом схемы 25 деления, первый вход которой соединен с клеммой АБ 2, а второй - с выходом схемы ?6 умножения, первый вход которой соединен с выходом датчика 13 тока, а второй с клеммой источника 1 °

Агрегат работает следующим образом.

Предположим, что АБ 2 имеет некоторый заряд, достаточный для обеспечения всех элементов и блоков агрега1576986 та оперативным питанием, а напряжение источника 1 подано на соответствующие клеммы агрегата. В этих, достаточных для функционирования агрегата, условиях блок 4 выдает сигнал на замыкание соответствующих данному состоянию АБ 2 контактов переключателя 5, а блок 3 контролирует напряжение источника 1 и при нормальных значениях напряжения на его выходе вырабатывает сигнал на включение контактора 8, прерывателя 7 и перевод агрегата в выпрямительный режим посредством замыкания соответствующих контактов переключателя 6. При этом напряжение источника подается на нагрузку 9 и трансформатор 12, а на вход блока 20 синхронизации с клемм источника 1 поступает синхросигнал. С момента подачи оперативно.го питания блок 24 управления вырабатывает импульсы для управления вентилями коммутатора 11, и через датчики 13 и 14 тока протекает ток, соответствующий режиму заряда АЬ 2.

Если в рассматриваемый момент времени

АБ 2 недозаряжена, то блок 4 контроля соединяет вход усилителя-Фильтра 17 с выходом схемы 15, которая сравнивает сигнал, пропорциональный среднему значению тока заряда АБ, и сигнал задания по среднему току заряда АБ.

На вход усилителя-фильтра 17 посту,пает разностный сигнал, который после усиления и фильтрации -поступает на первый вход схемы умножения, на второй вход которой поступает синхронизированный с напряжением источника

1 синусоидальный сигнал с выхода генератора 19. На выходе схемы 18 умножения формируется синусоидальный сигнал задания по мгновенному значению потребляемого от сети тока.

Этот сигнал поступает на первый вход схемы 21 сравнения, на второй вход которой с выхода датчика 13 тока поступает сигнал, пропорциональный действительному значению тока, потребляемого от сети. Выходной сигнал усилителя 23 путем воздействия на скважность выходных импульсов блока

24 управления устанавливает ток заряда А6 соответствующим заданному и поддерживает значение этого тока неизменным.

В. рассматриваемом режиме работы агрегата возмущающими факторами могут являться изменения напряжения сети переменного тока и увеличение внут" реннего сопротивления АБ в процессе ее заряда. По мере заряда АБ зарядный ток уменьшается и на выходе схемы 15 сравнения возникает сигнал рассогласования, который проходит через усилитель-Фильтр 17, схему 18 умножения и приводит к появлению сигнала рассогласования на входе усилителя 23, который, воздействуя на скважность импульсов управления вентилями коммутатора 11, увеличивает приложенное к

АБ напряжение. При этом зарядный ток увеличится - и сиrнал рассогласования снова примет нулевое значение. Аналогично агрегат реагирует на изменения напряжения источника 1.

Когда в процессе заряда напряжение

АБ возрастает до значения, при кото5

t5

20 ром на выходе блока 4 возникает сигнал переключения контактов переключателя 5, агрегат с режима стабилизации зарядного тока переключается на режим стабилизации подзарядного напряжения - поступает разностный сигнал действительного значения напряжения

АБ и сигнала задания установленного значения. В этом режиме формирование синусоидального задания по мгновенному значению потребляемого от сети то1 ка осуществляется аналогично описанному выше.

Работа агрегата во втором варианте исполнения отличается от описанного

З5 только средствами формирования среднего значения зарядного тока ° При этом необходимо учесть, что датчик

14 среднего тока АБ во втором вариан40 те отсутствует ° Сигнал, пропорциональный среднему току АБ, формируется схемами 25 и 26 соответственно деления и умножения.

На первый вход схемы 26 умножения

45 поступает сигнал с выхода датчика

13 тока, пропорциональный потребляемому от сети току. На второй вход этой схемы поступает сигнал напряжения сети от источника 1. Результат умножения сигналов тока и напряжения соответствует потребляемой от сети в процессе заряда АБ активной мощности. Сигнал, пропорциональный активной мощности, подается на второй вход cxeMbl 25 деления. На первый вход этой хемы поступает cerHaa пропорциона ный напряжению АБ. Сигнал на выходе схемы 25 деления является результатом деления потребляемой от сети актив1576986 ной мощности на напряжение АБ и соответствует среднему току АБ. Этот

Сигнал поступает на вход схемы 15 и сравнивается с сигналом задания установленного тока. Дальнейшее прохон<Цение сигналов аналогично первому цариа««ту.

Необходимо отметить, что сигнал

На выходе схемы 25 деления содержит также составляющую, зависящую от потерь в агрегате, поэтому этот вариант (« ожет быть использован в случаях, « огда не требуется высокая точность стабилизации зарядного тока АБ. В

<1одзарядном режиме этот фактор к гуЩестве«-«нь«м погрешностям не приводит, так как погрешность, обусловленная потерями в этом режиме, незначительна.

Во всех рассмотренных режимах работы агрегата потребляемый от сети

ТоК основной частоты имеет синусоиpàëüHóIo огибающую с наложением составляющей с несущей частотой ИИИ.

Выходное напряжение генератора 19 опорного напряжения синхронизируется с напряжением сети, поэтому фаза потребляемого от сети тока в выпрямительном режиме работы агрегата практически совпадает с фазой напряжения сети переменного тока, и коэффициент мощности агрегата в этом режиме имеет высокое значение.

При аварийном отключении источника 1 или отклонениях параметров его напряжения от допустимых значений блок 3 выдает сигнал на отключение контактора 8 и переключение контактов переключателя 6. В этот момент на входе усилителя 23 сигнал задания по мгновенному значению потребляемого от сети тока заменяется сигналом задания по напряжению нагрузки. При этом в выпрямительном режиме и в момент переключения переключателя 6 сигнал зада ния по напряжению синхронизировано с напряжением источника l, а сигнал задания по мгновенному значению потребляемого тока находится в противофазе по отношению к напряжению источника 1

При переключении переключателя 6 фазы импульсов управления, поступающие на противофазные вентили силового коммутатора 11, меняются на 180 эл. град,> агрегат переходит в инверторный режим и на нагрузку поступает переменное синусоидальное напряжение, причем источником является АБ 2. В переходном режиме (a момент переключения) фаза переменного напряжения агрегата, поступающего на нагрузку, совпадает с фазой напряжения источника 1.

Стабилизация переменного выходного напряжения агрегата осуществляется по сигналу обратной связи с выхода органа 10 измерения напряжения нагрузки.

Когда параметры напряжения источника 1 восстанавливаются, блок 3 с задержкой времени, необходимой для вхождения генератора 19 в синхронизм, выдает сигнал на включение контактора 8 и переключение переключателя б.

В этом случае переход питания нагрузки от АБ к источнику 1 происходит при совпадающей фазе напряжений агрегата и сети, поэтому в переходном режиме броски тока не возникают. После включения контактора 8 ранее замкнутые контакты переключателя б размыкаются, а разомкнутые замыкаются и

25 агрегат автоматически переходит в режим заряда или подзаряда аккумуляторной батареи.

Пример реализации первого варианта исполнения агрегата в части формироВания ВхОдных сигналОВ схемы сравне ния тока сети приведен на фиг. 2. В качестве датчика 14 тока АБ использован стандартный измерительный шунт, сигнал которого усиливается усилителем 27. Схемы 15 и 16 сравнения резистивного типа. Схема 15 выполнена на резисторах 28 и 29, а схема 16на резисторах 30 и 31. Задание зарядного тока устанавливается резистором

29, а задание напряжения подзаряда резистором 31. В блоке 4 контроля напряжения АБ в качестве измерительного органа использован резистивный делитель 32 напряжения. Выход делителя 32 связан с входом компаратора

33, вырабатывающего сигнал управления переключателем 5, который выполнен на стандартном аналоговом ключе.

В качестве датчика 13 тока использован трансформатор тока, а в качест.50 ве схемы 18 умножения - серийный аналоговь«й перемножитель.

Пример реализации блока 24 управления с ПИИ приведен на Фиг. 3. Блок

24 содержит релаксационный генератор

34 треугольного напряжения, модулятор 35, выполненный по схеме компаратора, распределители импульсов управления, выполненные на логических

1576986

35 батареи.

55 элементах 36 и 37 и усилители-формирователи 38 и 39 управляющих импульсов. На вход модулятора 35 поступают выходные сигналы усилителя 23 и генератора 34, при этом на выходе модулятора образуются импульсы, по ширине модулированные по синусоидальному закону. Эти импульсы через логические элементы 36 и 37 поступают на входы усилителей-формирователей 38 и

39, выходы которых связаны с входами противофазных вентилей 40 и 41 коммутатора 11.

Формула изобретения

1. Агрегат бесперебойного питания,. содержащий источник переменного напряжения (сеть), аккумуляторную батарею, блоки контроля напряжения сети и аккумуляторной батареи, входами подключенные, к клеммам соответствующих источников, силовой коммутатор, цепь постоянного тока которого связана с аккумуляторной батареей, а цепь переменного тока через согласующий трансформатор и первый датчик тока связана с нагрузкой, к которой подключен вход органа измерения напряжения, быстродействуюций контактор, силовые контакты которого включены между источником переменного напряжения и нагрузкой, а цепью управления связанный с выходом блока контроля напряжения сети, блок управления с широтно-импульсной модуляцией, вход которого соединен с выходом сравнивающего усилителя, а выходы соединены с управляющими входами вентилей силового коммутатора, а также генератор синусоидального опорного напряжения, отличающийся тем, что, с целью сокращения количества силового оборудования за счет использования силового коммутатора и согЛасующего трансформатора для заряда и подзаряда аккумуляторной батареи, улучшения массогабаритных показателей, повышения КПД, а также снижения потребляемой от источника переменного напряжения реактивной мощности и уменьшения искажений формы напряжения источника, дополнительно введены орган измерения среднего тока аккумуляторной батареи, первый и второй переключатели, первая, вторая, третья и четвертая схемы сравнения, первая схема умножения, усилитель-фильтр, f0

30 блок синхронизации и прерыватель синхросигналов, причем упра вляющий вход первого переключателя соединен с выходом блока контроля напряжения аккумуляторной батареи, первый и второй входы первого переключателя соединены с выходами соответственно первой и второй схем сравнения, а выход через усилитель-фильтр соединен с первым входом первой схемы умножения, второй вход которой соединен с выходом генератора синусоидального опорного напряжения и с первым входом четвертой схемы сравнения, а выход — с первым входом третьей схемы сравнения, второй вход которой соединен с ьыходом первого датчика тока, а выход — с первым входом второго переключателя, второй вход которого соединен с -выходом четвертой схемы сравнения, второй вход которой соединен с выходом органа измерения напряжения, управляющий вход второго переключателя соединен с выходом блока контроля напряжения сети и управляющим входом прерывателя синхрос.:,гнала, выход второго переключателя соединен с входом сравнивающего усилителя, вход генерато-. ра синусоидального опорного напряжения соединен через включенные последовательно блок синхронизации и прерыватель синхросигнала с входом блока контроля напряжения сети, первый вход первой схемы сравнения соединен с вь.ходом органа измерения среднего тока аккумуляторной батареи, второй вход — с источником опорного сигнала задания среднего тока аккумуляторной батареи, первый вход второй схемы сравнения соединен с входом блока контроля напряжения аккумуляторной батареи, а ее второй вход — с источником опорного сигнала задания напряжения аккумуляторной

2. Агрегат поп. 1, отли чаю шийся теи, что в качестве органа измерения среднего тока аккумуляторной батареи использован второй датчик тока, включенный в цепь постоянного тока силовогб коммутатора.

3. Агрегат по и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что с целью упрощения силовой схемы, в качестве органа измерения среднего тока аккумуля1576986

Жив,2

Составитель В. Сидоров

Техред Л.Олийнык Корректор Т.Палий

Редактор Е.Папп

Заказ 1851 Тираж 423 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, 8-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", t-.Óæãoðoä, ул.Гагарина, 191 торной батареи использована схема умиожения и схема деления, причем первый вход второй схемы умножения совдинен с выходом первого датчика тока, ее второй вход соединен с входом блОка контроля напряжения сети, ее выход соединен с вторым входом схемы деления,первый вход которой соединен с первым входом второй схемы сравнения, а выход схемы деления является выходом органа измерения среднего тока аккумуляторной батареи.