Система бесперебойного питания
CoIQ3 Советския
СОциалистическим
Республик
<»I955365
И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61} Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 250381 (21) 3265625/24-07 (51) М. Кп.з
Н 02 3 9/00 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—
Государственный комитет
СССР по делам изобретений и открытий
f53) УДК 621.316. . 925 (088. 8) Опубликовано 300882, Бюллетень ¹ 32
Дата опубликования описания 300882 (72) Авторы изобретения
А.К.Котельников,л Е.В.Митрофанов (71) Заявитель (54) СИСТЕМА БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ
30
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электропитания и электро. провода для обеспечения нагрузки бесперерывным переменным напряжением.
Известны агрегаты бесперебойногo питания переменным током, содержащие последовательно 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 ф, Недостатком таких агрегатов бесперебойного питания переменным тонизкий 1(ПД, который определяется как произведение КПД выпрямителя и инвертора и не превышает 70%.
Наиболее близким к предлагаемому является бесперебойный источник питания переменным током, который содержит 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 этой системе, кроме того, имеется схема управления, включающая датчики наличия и уменьшения напряжения сети, фазовые детекторы, осуществляющие синхронизацию задающего генератора, коммутирующее устройство и схему запуска.
Известный источник питания работает в трех основных режимах: при номинальном напряжении сети, при пониженном напряжении сети, при отсутствии напряжения сети.
При номинальном напряжении сети нагрузка получает энергию от сети через управляемый ключ и трансформатор. Синхронизация задающего генератора инвертора осуществляется выходным напряжением от дополнительной обмотки с целью получения минимума мощности, поступающей от аккумуляторной батареи через инвертор к нагрузке.
При пониженном напряжении сети синхронизация задающего генератора
955365 инвертора осущестнляется от сети.
В этом случае нагрузка получает энергию частично от сети, частично от аккумуляторной батареи через инвертор., При отсутстнии напряжения сети 5 вся энергия н нагрузку поступает от аккумуляторной батареи через инвертор (2), Данная система бесперебойного питания имеет ряд недостатков, кото- 10 рые проявляются в моменты перехода от одного режима работы к другому.
Так, например, переход от режима номинального напряжения сети к режиму отсутствия напряжения сети н случае, если нагрузка имеет реактивный характер, может сопровождаться скачкообразным изменением фазы выходного напряжения, так как при номинальной сети будет существовать сдвиг фаз на пряжения сети и напряжения инвертора, пропорциональный cos P нагрузки.
Обрат ный переход при появлении напряжения сети также может сопровождаться скачкообразным изменением фазы выходного напряжения, так как фазы напряжений инвертора и появляющего напряжения сети могут не совпадать.
Величина изменения фазы выходного напряжения может достигать полуперио-,з0 да выходного напряжения. Скачкообразное изменение фазы может вызвать прерывание и резкое изменение тока нагруэ— ки, снижающее надежность обеспечения электропитанием нагрузки, что совер-,35 шенно недопустимо при питании цифровых устройств.
Цель изобретения — повышение надежности путем исключения прерывания и резкого изменения тока нагрузки при40 подключении или отключении инвертора.
Поставленная цель достигается тем, что система бесперебойного питания, содержащая сетевой трансформатор, к основной первичной обмотке которого через управляемый ключ подсоединен фазовый детектор,. датчик уменьшения напряжения сети и датчик наличия напряжения сети, соединенный своим выходом с цепью управления указанного ключа, а к вспомогательной обмотке — инвертор на управляемых вентилях, связанный с задающим генератором и подключенный к выводам для резервного источника питания через входной фильтр, снабжена формирователем импульсов, имеющим синхронизирующий вход и дополнительный выход, распределителем импульсов, имеющим вспомогательный выход и управляющий 60 вход, причем, управляющие цепи вентилей инвертора через последовательно соединенные формирователь импульсов и распределитель импульсон подключены к выходу задающего генератора, и син- 65 хронизатором, имеющим вход ЗАПРЕТ, подключенный к основной первичной обмотке через упомянутый ключ, выход синхронизатора подсоединен к синхро низирующему входу формирователя импульсон, дополнительный выход которого соединен соответственно со входами датчика уменьшения напряжения сети и датчика наличия сети, вспомогательный выход распределителя импульсов соединен с фаэоным детектором, его управляющий вход — с выходами датчиков уменьшения напряжения и наличия сети, выход фазового 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 этим клеммам синхронизатор 3, фазовый детектор 4, выход которого соединен со входом ЗАПРЕТ синхронизатора 3,датчик 5 наличия. напряжения сети и д,зтчик б понижения напряжения сети, причем вход и выход датчика 5 соединены соответстненно со входом и выходом датчика б, последовательно соединенные управляемый 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 б. Резервный источник постоянного тока подключается к клеммам 10 и 11, которые через входной фильтр 12 соединены с иннертором 13, связанным со вспомогательной обмоткой 14 трансформатора 9.
Кроме того, устройство содержит задающий генератор 15, ныход которого подключен ко входу формирователя
16 импульсов. Синхронизирующий вход формирователя 16 соединен с выходом синхрони 3атора 3, выход — со входом распределителя 17 импульсов, а допол— нительный 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 б. К выходной обмотке 18 трансформатора 9 подключается нагрузка.
Устройство работает следующим образом.
Напряжение сети через клем ы 1 и 2 и управляемый ключ 7 подается на основную первичную обмотку 8 трансформатора 9. Одновременно с этим задающий генератор 15 начинает вырабатывать прямоугольные импульсы, которые, затем поступают в формирователь 16, 955365
Формула изобретения где они преобразуются в импульсы необходимой 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 ("0" в цифровом коде} импульсы не проходят íà víвертор 13, т.е. он остается в выключенном состоянии. Следует отметить, 15 что на .вспомогательный выход распределителя 17 сформированные импульсы проходят постоянно, независимо от, сигнала на управляющем входе распределителя. 20
Синхронизация осуществляется следующим образом.
Фазовый детектор 4 сравнивает фазу 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 сфор- 30 мированных импульсов, поступающих на вход распределителя 17 с напряжением сети путем подачи синхроимпульссв на синхрониэирующий вход формирователя 16.
Предлагаемая система бесперебойного питания работает в трех режимах: при номинальном напряжении сети, при пониженном напряжении сети и при отсутствии напряжения сети.
При номинальном напряжении сети 4О датчик 5 наличия напряжения сети и датчик 6 пониженного напряжения сети подают на управляющий вход управляемого ключа 7 сигнал, включающий ключ, а на управляющий вход 45 распределителя 17 сигнал "0", препятствующий прохождению сформированных импульсов на вход инвертора
13. Таким образом, сеть подключена к основной первичной обмотке 8 транс- 59 форматора 9, инвертор выключен, нагрузка получает энергию от сети.
При снижении напряжения сети ниже допустимого 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 импуль сов на вход инвертора 13. Сеть отключается, включается инвертор, нагрузка получает энергию от аккумуляторной батареи через работающий инвертор.
Нулевой момент синусоиды выбран для 65 того, чтобы можно было выключить уп= 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 беэ изменения фазы выходного напряжения при любом характере нагрузки.
При аварии сети датчик 5 в момент пропадания напряжения снимает управляющий 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 беэ 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 начинает осуществляться синхронизация сформированных импульсов на входе информе инвертора 13 с напряжением сети. Этим достигается их взаимная фаэировка, что исключает изменение фазы выходного напряжения при переходе нагрузки на работу от сети. Кроме того, для уменьшения переходных 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.
Система бесперебойного питания, содержащая сетевой трансформатор, к основной первичной обмотке которо955365.р, Г
1
Г р, )
Г
I ОставкTел : Г, Редактор Л. Горбунова Техред Т.!4arî»IKà Kîpp Тираж 669 I! 0JIrJ I< C H0e ВНИИПИ Госуда >стB!B!! - сго ксмктета С< Г? «10 делам кзОбретсний к Открытий 113035 р Москвар Ж- ) р- pау}}1ская наб. „д. 4/5 Заказ 6464/69 Филиал П11П "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 го через управляемый ключ попсое, тине— ны фазовый детектор, дат-:HK yт<ен»,. шенкя напряженкя сети и «:.а<<и}< аJlИЧКЯ НаПРЯЖЕНИЯ < <- Т И р БЫ <ОД КО ТOP
-на управляемых вентилях и входной фильтр — к резераному источнику,. о т л и ч а ю }д а я с я тем, что, с целью повышения надежности путем исключения прерывания к резкого изменения .тока нагрузки при переключении инвертора,. в нее введены формирователь импульсов и синхронизатор, причем управляю}1<не цепи вентилей инвертора через последовательно соединенные формирователь импульсов и распределитель импульсов годключены к выходу задаю14его генератора, вход синхронизатора через управляемый ключ подключен к основной пер-" вичной 061<<откер а выхоД синхРонизатора подсоединен к синхронизкруюше»» 1 я::"ОП".р ФОрми . ОнатЕЛя КМПутрвр С}В . ЛО <1 IHКТЕ«1?рнарй В}1ХОГ KOBOÎOI O (С= Е11 р ÎG! B!B < В(-. Н 10 С< ВХОда!i.H 1 а уы рlьшенкл нащ яжения <".е . и :;1!<ч}< }<а 11 алкчктт 11артряже i- . я е -,.- ! cr;:омо::: ательный выход распродал;:: ля км <<рль coB сое JJplIJ pH с фа,= OB}!1} детектором, его управляю}ткй вход выхОдами датчик Ов «мень}?1е }п}я 1! а »:Сi!<рР<ЕНКЯ и !1ðÇËÊÐ<Êß }1 ПОЯ1<Е - ия СЕ-тк, B„,õîä o зовогo детектора подJj!B»I< }1 1< входу ЗАНОЕТ стабкл}}зат0 ра, а зспoìOBBòåJ!BHB!ë скнфазньтй выход датчика уме ньяи}ения напряже}}ия сети — к управляющем;р входу управрзяем<: го -, люча, Источники информации, ! lpHHIIтые во внкма} ке прк зкспертизе Розанов IO. K OcHQB I ск 10ВОА преобразовательной техник} . 1 . р "рнергкя" р 1979 с. 368. 2 Патент ГША 7- 401 0 381, 
