Агрегат бесперебойного электроснабжения

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах бесперебойного электроснабжения токоприемников ответственных потребителей переменного тока. Цель изобретения - повышение надежности электроснабжения путем уменьшения массообаритных показателей маховика. В агрегате бесперебойного электроснабжения применена асинхронизированная синхронная машина с маховиком, содержащая двигательную и генераторную (с большим числом пар полюсов по сравнению с двигательной) статорные обмотки. В систему автоматического управления машиной введены переключающее устройство обмоток статора, блок управления переключающим устройством и непосредственный преобразователь частоты , включенный между шинами гарантированного электропитания и генераторной статорной обмоткой, причем первый и второй силовые входы переключающего устройства обмоток статора подключены соответственно к выводам двигательной и генераторной статорных обмоток. Первый силовой выход подключен к шинам гарантированного электропитания, второй силовой выход - к входу непосредственного преобразователя частоты, а управляющий вход - к выходу блока управления переключающим устройством, вход которого подключен к датчику угловой скорости вращения вала ротора . При отказе основного источника питания асинхронизированная синхронная машина работает в генераторном режиме, однако сначала питание токоприемников происходит от двигательной статорной обмотки с меньшим числом пар полюсов, а затем от генераторной обмотки с большим числом пар полюсов. Тем самым обеспечивается большая глубина разряда маховика . 1 ил. fe I О ел 00 ю 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИ л Е СКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТ8ЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРБЧTИЯM

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ". r r >

I ос (JI (00

)Ы

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4612962/07 (22) 02.12.88 (46) 23.06.91. 6еп, М 23 (72) Ю.А.Кабанков, Б,Т.Кононов и A.Ä.Супрун (53) 621.316.925 (088.8) (56),Патент США М 4203041, кл. Н 02 J 9/06, 1981, Авторское свидетельство СССР

М 1334268, кл. Н 02 J 9/06, 1985. (54) АГРЕГАТ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах бесперебойного электроснабжения токоприемников ответственных потребителей переменного тока, Цель изобретения — повышение надежности электроснабжения путем уменьшения массогабаритных показателей маховика. В агрегате бесперебойного электроснабжения применена асинхронизированная синхронная машина с маховиком, содержащая двигательную и генераторную (с большим числом пар полюсов по сравнению с двигательной) статорные обмотки. В систему автоматического управления машиной введены переключаюИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах бесперебойного электроснабжения токоприемников ответственных потребителей переменного тока.

Целью изобретения является повышение надежности электроснабжения путем уменьшения .массогабаритных показателей маховика.... Ж„„1658281 А1 (51)5 Н 02 3 9/06 щее устройство обмоток статора. блок управления переключающим устройством и непосредственный преобразователь частоты, включенный между шинами гарантированного электропитания и генераторной статорной обмоткой, причем первый и второй силовые входы переключающего устройства обмоток статора подключены соответственно к выводам двигательной и генераторной статорных обмоток. Первый силовой выход подключен к шинам гарантированного электропитания, второй силовой выход — к входу непосредственного преобразователя частоты, а управляющий вход— к выходу блока управления переключающим устройством, вход которого подключен к датчику угловой скорости вращения вала ротора. При отказе основного источника питания асинхронизированная синхройная машина работаРт в генераторном режиме, однако сначала питание токоприемников происходит от двигательной статорной обмотки с меньшим числом пар полюсов, а затем от генераторной обмотки с большим числом пар полюсов. Тем самым обеспечивается большая глубина разряда маховика. 1 ил.

На чертеже приведена блок-схема агрегата бесперебойного акектроснабжениа.

Агрегат состоит из основного источника д

1 питания, коммутационного аппарата 2, статического выключателя 3, шин 4 гарантированного электропитания с подключенными к ним токоприемниками 5 ответственных потребителей и через переключающее устройство 6 обмоток статора с блоком 7 управ1658281

55 ления переключающим устройством, непосредственного преобразователя 8 частоты, асинхронизированной синхронной машины (ACMj 9, содержащей двигательную статорную обмотку 10, подключенную к шинам 4 гарантированного электропитания через переключающее устройство 6 обмоток статора и генераторную статорную обмотку 11 с большим числом пар полюсов, по сравнению с двигательной обмоткой 10, подключенной к шинам 4 гарантированного электропитания через перекл очающее устроиство 6 обмоток статора.

Преобразователь 8 частоты ACM 9 имеет независимую систему 12 и инерционный маховик 13, связанный через разобщительную муфту 14 с первичным двигателем 15.

Независимая система 12 возбуждения содержит расположенный на валу ротора АСМ

9 вспомогательный генератор 16, питающий силовую часть тиристорного преобразователя 17, подключенного выходом к обмотке

18 возбуждения АСМ 9.

Агрегат содержит систему 19 автоматического регулирования и управления, включает в себя преобразующе-командный блок

20 возбуждения, имеющий четыре входных канала регулирования и выходной канал управления тиристорным преобразователем

17 частоты, регулятор 21 скольжения скорости вращения вала машины, первый вход которого подключен к задатчику 22 частоты, второй вход подключен к датчику 23 скорости вращения вала машины, третий вход присоединен к задатчику 24 скольжения. а выход через переключающий элемент 25 регулятора скольжения подключен к первому каналу регулирования преобразую.це-командного блока 20, выголненного в виде регулятора частоты напряжения возбуждения машины, регулятор 26 реактивной мощности, на первый вход которого подключен датчик 27 напряжения на шинах гарантированного питания 4, на второй датчик 28 тока, на третий — задатчик 29 реактивной мощности, а выход через переключающий элемент

30 регулятора реактивной мощности подключен к второму каналу регулирования преобразующе-командного блока 20, выполненного в виде регулятора величины и фазы напряжения возбуждения машины, регулятор 31 напряжения, к первому входу которого присоединен задатчик 32 величины напряжения, к второму — датчик 27 напряжения, а выход через переключающий элемент 33 регулятора напряжения подключен к третьему каналу регулирования блока

20, выполненного в виде регулятора величины напряжения возбуждения машины, регулятор 34 частоты, к первому входу которого

40 присоединен задатчик 22 .астоты, к второму входу — датчик 35 частоты напряжения на шинах 4 гарантированного питания, к третьему входу подключен датчик 23 скорости вращения вала машины, а выход через переключающий элемент 36 регулятора частоты присоединен к четвертому каналу преобразующе-командного блока 20, выполненного в виде регулятора частоты напряжения возбуждения машины.

Кроме того, агрегат включает в себя блок 37 контроля параметров напряжения сети с подключенными к первому входу датчиком 35 частоты, к второму входу датчиком

27 напряжения, к третьему входу задатчиКоМ 3 напряжения, к четвертому входу з 1датчиком 22 частоты, к пятому входу датчиком 38 частоты с новного источнь .кд питания к шестому входу датчиком 39 напряжения основного исто, ника питания, а к перво :у выходу присоединены управляющие входы переключающих элемен ов 33 и

36, к второму выходу управляющие входы переключающих элементов 25 и 30, к третьему выходу управляющий вход статического выключателя 3 и вход реле 40 пуска первичного двигателя 15. Блок 37 выполнен в .иде устройства автомат,1ческс с повторногс включения линии с дBvxcòîðo÷íè÷ питанием и ожиданием синхронизма, т-очной автоматической синхронизацией с обеспечением контроля за совпадением фаз напряжений при синхронизации .АСМ 9 и источника 1, а также с обеспечения.. сравнения заданных параметров напряжения HB шинах с фактическими, отключением выключателя 3, включением элементов ЗЗ и 36, отключением элементов 25 и 30 по факту недопустимого отклонения параметров.

Агрегат работает следующим образом.

В нормальном режиме э;,ектроснаб «ение токоприемников 5 ответственных Iioтребителей осуществляется от источника 1 через t оммутационный аппарат 2, стати"еский выключатель 3, шины 4 гарантированного электропитания, АСМ 9, двигательная статорная обмотка 10 которой через первый силовой выход переключающего устройства 6 обмоток статора подключена к шинам 4 гарантированного электропитания, Обмотка 8 возбуждения получает питаi ие через преобразователь 17 чэсготы от вспомогательного генератора 16. АгМ 9 работает в режиме асинхронного компенсатора, а маховиком 13 запасается кинетическая энергия. Разобщительная муфта 14 ргзобщена и первичный двигатель 15 находится в готовности к пуску. В этом режиме управление ACM 9 осуществляется по заданной ве1658281 личине сколь. кения вала ротора и реактивной мощности статора.

Поддержание заданного скольжения вала ротора обеспечивается регулятором 21 скольжения, на первый вход которого поступает сигнал с задатчика 22 частоты, на второй вход с датчика 23 угловой скорости вращения вала машины сигнал, соответствующий фактической угловой скорости вращения, а на третий вход -- с задатчика 24 скольжения сигнал, соответствующий заданной величине скогьжения. Регулятор 21 скольжения определяет фактическую величину и знак скольжения, сравнивает его с заданной величинои, если величина и знак фактического скольжения отличаются от заданного, то выполняет корректировку и формирует на выходе сигнал регулирова. ния, который через открытый переключак.щий элемент 25 поступает на п=ðâûé канал регулирования преобразующе-команд.ого блока 20.

Регулирование величины реактивной мощности статора АСМ 9, выдаваемой s источник 1, осуществляется регулятором 26 реактивной мощности, На первыи вход регулятора 26 реактивной r. ощности г. датчика

27 напряжения поступает игнг I. с-. TBQTствующий фактической вели ине напряже ния на шинах 4 гарантированного электропитания, на второй вход с датчика

28 тока поступает сигнал, соответствующий фактической величине тока статора ACM 9, на третий вход с задатчика 29 реактивной мощности поступает сигнал, соответствующий заданной величине реактивной мошности.

Регулятор 26 реактивн эй мощности определяет фактическую величину реактивной мощности статора ACM 9, сравнивает ее с заданной величиной реактивнои мощности, если величина фактической реактивной мощности отличается от заданной, то вь полняет корректировку и формирует на выходе сигнал регулирования, ко ый через открытый переключающий элемент 30 поступает на второй канал регулирования преобразующе-командного блока 20.

Последний преобразует поступающие на первый и второй каналы регулирования сигналы с регулятора 21 скольжения и регулятора 26 реактивной мощности в такой сигнал управления преобразователем 17 частоты, который определяет частоту, амплитуду, фазу напряжения возбуждения на его выходе, Это позволяет создать обмоткой 18 возбуждения ротора вращающееся относительно него в нужном направлении круговое поле с требуемой по режиму работы амплитудой, частотой и фазой, обеспечива5

55 ющими заданное скольжение вала ротора и величину реактивной мощности статора

АСМ 9.

Одновременно блок 37 контроля параметров сети постоянно сравнивает поступающий на шестой вход с датчика 39 напряжения сигнал, соответствующий фактическому значению вели ины напряжения источника 1, с сигналом, поступающим на третий вход с задатчика 32 напряжения, и поступающий на пятый вход с датчика 38 частоты сигнал, соответствующий фактическому значению величины густоты напряжения источника 1, с сигналом. поступающим на четвертый вход с задатчика 22 частоты.

При несоответствии сигналов со сторонь; источника 1 сигналам эадатчика 22 част=ты и задатчика 32 напряжения или при полном прекращении питания со стороны источника 1 блок 37 формирует сигналы.на первом выходе на закрытие переключающих элементов 33 и 36, а на третьем выходе на отключение статического выключателя 3 и включение реле 40 пуска первичного двигателя 15, При воздействии сигнала закрывается переключающий элемент 25, в результате прекращается подача сигнала регулирования на первый канал регулирования блока 20 с регулятора 21 скольжения и закрывается переключающий элемент 30, прекращающий подачу сит ала регулирования на второй канал регулирования блока 20 с регулятора 26 реактивной мощности. Одновременно открывается переключающий элемент 33, через который на третий канал регулирования блока 20 поступает сигнал регулирования с регулятора 31 напряжения. и открывается переключающий элемент 36, обеспечивающий подачу сигнала регулирования на четвертый канал регулирования блока 20, При этом под воздействием сигнала управления, формируемого на третьем выходе блока 37 контроля параметров сети, отключается статический выключатель 3, отделяя от источника 1 шины 4 гарантированного электропитания с присоединенными к ним токоприемниками 5 ответственных потребителей, последние получают питание от

ACM 9, переведенной в режим генератора и использующей запасенную кинетическую энергию инерционного маховика 13. Включается реле 40 пуска, осуществляя запуск первичного двигателя 15. В этом автономном режиме управления АСМ 9 осуществляется по заданной величине напряжения и частоты на шинах 4 гарантированного электропитания.

Поддержание заданной величины напряжения на шинах 4 гарантированного электропитания обеспечивается регулято1-58281

55 ром 31 напряжения, на первый вход которого поступает с задатчика 32 напряжения сигнал, соответствующий заданной величине напряжения, на второй вход поступает с датчика 27 напряжения сигнал, соответствующий фактической величине напряжения на шинах 4 гарантированного электропитания. Регулятор 31 напряжения сравнивает фактическую величину напряжения с заданной величиной, если онв отличается от заданной, то выполняет корректировку и формирует на выходе сигнал регулирования, который через открытый переключающий элемент 33 поступает на третий канал регулирования блока 20.

Регулирование величины частоты напряжения статора осуществляется регулятором 34 частоты, на первый вход которого с задатчика 22 частоты поступает сигнал, соответствующий заданной величине частоты, на второй вход поступает с датчика 35 частоты сигнал, соответствующий фактическому значению частоты напряжения на шинах 4 гарантированного электропитания, на третий вход поступает с датчика 23 угловой скорости вращения вала машины сигнал, соответствующий фактическому значению угловой скорости, При снижении угловой скорости вращения вала машины до л1инимальной соответствующей предельно допустимой угловой скорости вращения вала, при которой АСМ 9 с подключенной двигательной статорной обмоткой 10 к шинам 4 гарантированного электропитания обеспечивает требуемую частоту напряжения, блок 7 управления переключающим устройством по сигналу, поступающему с датчика 23 угловой скооости, формирует сигнал на срабатывание переключающего устройства б обмоток статора, обеспечивающего отключение двигательной статорной обмотки 10 с меньшим числом пар полюсов и подключение генераторной статорной обмотки 11 с большим числом пар полюсов.

При воздейсгвии сигнала переключающее устройство б подключает через непосредственный преобразователь 8 частоты генераторную статорную обмотку 11 с большим числом пар полюсов к шинам 4 гарантированного электропитания и отключает двигательную статорную обмотку 10. При этом регулятор 34 частоты формирует на выходе такой сигнал, величина которого пропорциональна разности сигналов фактической угловой скорости вращения вала и заданной величине частоты, постоянно сравнивает соответствие фактического значения частоты на шинах 4 гарантированного электропитания с заданным, при необходимости корректирует выходной сигнал, который чеЪ рез переключающий элемент 36 поступает на четвертый канал регулирования блока 2C .

Преобразующе-командный блок 20 преобразует поступающие на третий и четвертый каналы регулирования сигналы с регулятора 31 напряжениг и регулятора 34 частоты в такой сигнал управления преобразователем 17 частоты. который определяет частоту, амплитуду напряжения возбуждения. Это позволяет создать обмоткой 18 возбуждения вращающееся относительно ротора в нужном направлении круговое поле с требуемой по режиму работы амплигудой, частотой и фазой, обеспечивающими заданное значение напряжения и частоты на шинах 4 гарантированного электропитания.

Таким образом, обеспечивается электроснабжение токопр ел ников 5 ответственных потребителей электроэнергией требуемого качества от ACM 3, работающей в генераторном режиме, на время запуска и выхода на номинальные обороты первичного двигателя 15.

После выхода на номинальные обороты первичного двигателя 15 включается разобщительная муфта 14, привод ЛСМ 9 начинает осуществляться от первичного двигателя

15. При этом с датчика 23 угловой скорое и вращения вала АСМ 9 на входе блока 7 управления переключающим устройством появляется сигнал, обеспе- ивающий срабатывание переключающего устройства б обмоток статора, которое отключает генераторную статорную обл1отку 11 и подключает двигательную.статорную обмотку 10 к шинам гарантированного электропитания

4, Восстановление напряжения со стороны электросети 1 фиксирует блок 37 контроля параметров напряжения сети, который постоянно сравнивает поступающий на шестой вход с датчика 39 напряжения сигнал, соответствующий фактическому значению напряжения источника 1, с сигналом, поступающим на третий вход с задатчика 32 напряжения и поступающий на второй вход с датчика 35 напряжения сигнал, соответствующий фактическому значению напряжения на шинах гарантированного электропитания, а поступающий на пятый вход с датчика

38 частоты сигнал, соответствующий фактическому значению частоты напряжения источника 1, сравнивает с сигналом, поступающим на четвертый вход с задатчика 22 частоты, и поступающим на первый вход с датчика 27 частоты сигналом. соответствующим фактическому значению частоты напряжения на шинах 4 ,гарантированного электропитания.

15

При соответствии всех величин и выполнении условий синхронизации, позвол пэщих включить на параллельную работу с электросетью ACM 9 блок 37 кон роля параметров начряжения сети, отменяет нг третьем выходе сигна> на отключение статического выключателя 3 и включение пускового реле 40, на первом выходе сигнал на отключение переключающих элементов 33 и

36, на втором выходе сигнал на включение переключающих элементов 25 и 30. При этом включается статический выключатель

3 и соединяет с источником 1 шины 4. Выключается реле 40 пуска, первичный двигатель 15 останавливается. Одновременно закрывается переключающий элемент 33, в результате прекращается подача сигнала регулирования на третий канал регулирования блока 20 с регулятора 31 напряжения. закрывается переключа оший элемент 35, прекращающий пода y сигнала регуг ироеания на четвертый канал регулирования блока 20, прекращение поступления сигнз )B на третий и четвертый канал регулирования блока 20 служит для него командой перевода управления ACM 9 из режима синхронного генератора в режим асинхронного лJMëåHñçòoðà. Такжеоткривзегся пер кпючающий элемент?5, через который нз гервый канал регулирования блока 20 поступает сигнал с регулятора 21 скольжения и открывается перекл,очзющий элемент

30, обеспечивающий подачу сигнала регчлирования на второй канал регулирования блока 20 I< регулятора 26.

Таким образом, систел з бесперебойного электроснабжения якоприемников ответственных потребителей от сети переменного тока работает в исходном режиме.

В предлагаемом агрегате увеличивается глубина реализуемого разряда кинетической энергии маховика при одном и том же времени работы, поэтому масса маховика уменьшается.

Оормулз иэобрете. ия

Агрегат бесперебойного электроснабжения, содержащий сетевой ввод, включенный через статический выключатель на шины гарантированного электропитания, к которым присоединена асинхронизированная синхронная машина с независимым возбуждением и маховиком на валу, снабженная системой автоматического управления, состоящей иэ преобрззующе-командного блока возбуждения, регулятора реактивной мощности, регулятора величины напряжения с задатчиком величины напряжения, регулятора скольжения скорости вращения вала машины, регулятора частоты

55 напряжения статора с задатчиком частоты, а также четырех переключающих элементов и блока контроля параметров наппяжения сети, к входам которого подключены со07ветственно выходы датчика частоты и напряжения на шинах гарантированного питания, задзтчика величины напряжения, задатчика частоты, датчиков частоты и напряжения основного источника питания, первый выход подключен к управляющим входам переключающих элементов регулятора напряжения и регулятора частоты, второй выход к управляющим входам переключающих элементов регулятора реактивной мощности и регулятора скольжения, третий выход — к цепи управления стати;еского Fûêëþ Iàòåëÿ, зыход регулятора скольжения через переключающий элемент подключен к первому каналу регулирования поесбразуюц!е-командного блока, выполненного в виде регулятора частоты напряжения возбуждения машины, выход регулятора активной мощности через переключающий элемент подключен к второму каналу регулирования преобразующекомандного блока, выполненного в виде регулятора величины и фазы напряжения возбуждения л зшины, выход регулятора напряжения через псреклю«зющий элемент подключен к третьему каналу регулирования преобрззующе-командного блока, выполненного в виде ре улятора величины напряжения возбуждения машины, выход регулятора частоты через переключающий элемент подкл очен к четвертому каналу регулирования преобразующе-командного блока, выполнен <ого в виде регулятора частоты напряжения возбуждения машины, а блок контроля выполнен в виде устройства автоматического повторного включения линии с двухсторонним питанием ожиданием синхронизма, точной автоматической синхронизацией с обеспечением контроля зз совпадением фаз H< ряжений при синхронизации acvíxpîíèçèðîâëííîè синхронной машины и основного источника питания, а также с обеспечением сравнения заданных параметров напряжения на шинах гарантированного питания с фактическими и отключением статического выключателя, включением переключающих элементов регуляторов напряжения и частоты и отключения переключающих элементов регуляторов скольжен я и реактивной мощности по факту недопустимого отклонения фактических параметров от заданных, о тл и ч а ю щи и с я тем, что, с целью повыше< ния надежности электроснабжения путем уменьшения массогабаритных показателей маховика, асинхрониэированная синхрон1658281

Составитель А.Шустов

Редактор А.Мотыль Техред M.×oðråíòàë Корректор Т.Малец

Заказ 1718 Тираж 340 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101 ная машина содержитдвигательную и генераторную с большим числом пар полюсов по сравнению с двигательной статорные обмотки, а в агрегат введены переключаюшее устройство обмоток статора, блок управления переключающим устройством, выполненный в виде порогового элемента, и непосредственный преобразователь частоты, включенный между шинами гарантированного электропитания и генераторнои статорной обмоткой, первый и второй силовые входы переключающего устройства обмоток статора подключены соответственно к выводам двигательной и генераторной статорных обмоток, первый силовой выход подг ключен к шинам гарантированного электропитания, второй силовой выход — к входу непосредственного преобразователя частоты, а управляющий вход через блок управления переключающим устройством свя10 эан с датчиком скорости вращения вала машины,