BG2135U1 - Система за непрекъсваемо електрическо захранване. - Google Patents

Abstract

Полезният модел се отнася до система за непрекъсваемо електрическо захранване, състояща се от асинхронна трифазна електрическа машина (1), кинетичен акумулатор на енергия (маховик) (2), електромагнитен съединител от нормално затворен тип (3), двигател с вътрешно горене (4), основа (5), на която посредством виброизолиращи елементи са монтирани асинхронната трифазна електрическа машина (1) и двигателят с вътрешно горене (4), блок от три кондензаторни батерии (6) и прекъсвачи (7). Предимствата на предложеното решение в сравнение с подобни системи са: значително повишена надеждност и по-ниска себестойност, дължащи се на използването на само една обратима асинхронна електрическа машина и отпадането на сложна управляваща електроника; по-голяма дълготрайност, вследствие отпадането на химически батерии с ограничен срок на експлоатация; намалено време за натрупване на енергия в маховика, позволяващо работа при чести прекъсвания на захранването; намалени общи разходи по поддръжка за експлоатационния период на системата. 2 претенции, 1 фигура

Description

Област на техниката

Полезният модел се отнася до система за непрекъсваемо електрическо захранване, характеризираща се в сравнение с подобни системи със значително повишена надеждност и по-ниска себестойност, дължащи се на използването на само една обратима асинхронна електрическа машина и отпадането на сложна управляваща електроника, по-голяма дълготрайност, вследствие отпадането на химически батерии с ограничен срок на експлоатация, намалено време за натрупване на енергия в маховика, позволяващо работа при чести прекъсвания на захранването, както и намалени общи разходи по поддръжка за експлоатационния период на системата.

Предшестващо състояние на техниката

Известни са системи за непрекъсваемо електрическо захранване с кинетичен акумулатор на енергия от механичен тип (маховик) [1] с използване надве последователно свързани синхронни електрически машини - електромотор, свързан с генератор и към него свързан на вала му маховик. При това тези системи заменят химическите батерии, като необходимата енергия за временно отдаване до включване на отделен дизел-генератор, разположен на същата ос, се осигурява от маховика. След включване на дизел-генератора може да се осигури продължително непрекъсваемо електрическо захранване.

Недостатък на тези решения е сложната и скъпа конструкция поради наличието на две електрически машини - синхронен електромотор и синхронен електрогенератор, монтирани на обща ос с кинетичен акумулатор на енергия (маховик). Използването на синхронен генератор изисква специална конструкция на маховика за осигуряване на устойчива честота на захранването при отпадане на мрежовото такова.

Известните са и решения, включващи в структурата си асинхронна трифазна електрическа машина, кинетичен акумулатор на енергия (маховик), двигател с вътрешно горене и електромагнитен съединител, като електрическата машина и двигателят с вътрешно горене се монтират неподвижно към основата посредством виброизолиращи елементи, а връзката с електри

U1 ческата мрежа се осъществява чрез блок от три кондензаторни батерии и прекъсвачи.

Предложеното решение премахва едната от електрическите машини, като се използва само една обратима асинхронна машина. Това опростява и поевтинява системата, като повишава значително надеждността й поради отпадане на дългия многоопорен вал, използван при две 1 о последователно свързани електрически машини. Това води до намаляване на общото механично съпротивление, с което се намаляват загубите при работа на системата в режим на захранване от мрежата, повишава се и общия коефициент 15 на полезно действие на системата. Използва се стандартна асинхронна машина в обратим режим на работа и един също промишлен електромагнитен съединител от нормално затворен тип. 2Q Предложената асинхронна машина е безчеткова, което също повишава надеждността й, както и времето за работа без поддръжка.

Техническа същност на полезния модел

Целта е да се създаде система за непрекъсваемо електрическо захранване с кинетичен акумулатор на енергия от механичен тип (маховик), чрез която значително се повишава надеждността на цялата система и се поевтиня30 ва системата, поради използване само на една обратима асинхронна електрическа машина и отпадане на сложна управляваща електроника, осигурява се дълготрайност поради отпадане 35 на химически батерии с ограничен срок на експлоатация, намалява се времето за натрупване на енергия в маховика, което позволява работа при чести прекъсвания на захранването, и се намаляват общите разходи по поддръжка за експлоатационния период на системата.

Създадената система за непрекъсваемо електрическо захранване включва обратима асинхронна трифазна електрическа машина с присъединен към едната страна на вала й кинетичен акумулатор на енергия от механичен тип (маховик), а от другата посредством електромагнитен съединител е присъединен съосно двигател с вътрешно горене, монтирани на обща основа чрез виброизолиращи елементи. Обратимата асинхронна електрическа машина е присъединена към захранващата мрежа по50 средством блок от три кондензаторни батерии и прекъсвачи. Електромагнитният съединител е от

2135 UI нормално затворен тип и е в състояние „отцепен” при захранване от мрежата.

При наличие на мрежово захранване обратимата асинхронна трифазна електрическа машина работи като четириполюсен електромотор със синхронна честота (примерно 1500 об/min) и ротира с над синхронната си честота в режим на по-високи обороти (например 1800 об/min), като желаната честота на въртене се поддържа чрез периодично включване/изключване в двуполюсен режим или чрез маломощен честотен регулатор. Така се поддържа минимален разход на енергия за компенсиране на загубите от триене в лагерите на обратимата асинхронна трифазна електрическа машина и на маховика с въздуха (общо около 4% от номиналната мощност на обратимата асинхронна трифазна електрическа машина).

При отпадане на мрежовото захранване, обратимата асинхронна трифазна електрическа машина автоматично и за по-малко от един полупериод на тока започва да работи като четириполюсен електрогенератор с честота, стартираща от честотата, с която той се върти непрекъснато на празен ход Ωη (примерно 1800 об/min), и генерира ток с честота fH и напрежение Uh, като ротира с намаляваща честота, отнемайки кинетичната енергия на маховика и поддържайки захранването на консуматорите. Същевременно с отпадане на мрежовото захранване, автоматично се включва електромагнитният съединител (поради това, че той е нормално включен и при липса на захранване се включва), при което свързва механично вала на асинхронната трифазна електрическа машина с вала на двигателя с вътрешно горене, като по този начин го развърта и стартира, използвайки част от акумулираната енергия в маховика. След достигане на текущата честота на въртене на маховика Ωκ (примерно 1400 об/ min) се генерира ток с честота fk и напрежение Uk, като двигателят с вътрешно горене започва да задвижва обратимата асинхронна трифазна електрическа машина в режим на електрогенератор с постоянна асинхронна честота Ω= 1420 об/min и ротира в стабилен режим, осигурен от двигателя с вътрешно горене, осигурявайки честота на трифазното захранване f. Целият преходен процес на преминаване от мрежовото захранване към захранване от непрекъсваемата система отнема до 15 s, като необходимата енергия се осигурява от подходящо оразмерен за целта кинетичния акумулатор на енергия (маховик).

За да може да работи обратимата асинхронна трифазна електрическа машина като генератор е необходимо да се използва блокът от три кондензаторни батерии, които осигуряват отместване на трите фази за осигуряване на възбуждане в асинхронната безчеткова машина. В този режим системата позволява дълговременна автономна работа.

При възстановяване на мрежовото захранване, обратимата асинхронна трифазна електрическа машина преминава в режим на асинхронна трифазна електрическа машина. Моментът на превключване към мрежата се управлява автоматично от специален електронен блок, който осигурява включване при сфазиране на мрежата с генератора. При преминаване към мрежовото захранване автоматично се изключва и електромагнитният съединител и се отцепва вала на асинхронна трифазна електрическа машина от вала на двигателя с вътрешно горене. След това двигателят с вътрешно горене се изключва.

Предимствата на предложеното решение са, че се използва само една обратима асинхронна машина. Това опростява и поевтинява системата, като повишава значително надеждността й поради отпадане на дългия многоопорен вал, използван при две последователно свързани електрически машини. Това води до намаляване на общото механично съпротивление, с което се намаляват загубите при работа на системата в режим на захранване от мрежата, повишава се и общия коефициент на полезно действие на системата. Използва се стандартна асинхронна машина в обратим режим на работа, която е безчеткова, което води до повишаване на надеждността й и удължаване на времето за работа без поддръжка. В различие от батерийните непрекъсваеми системи, предлаганото решение осигурява и дълговременна автономна работа (зависи само от запаса на гориво на двигателя с вътрешно горене).

Пояснение на приложената фигура

На фигура 1 е представена схема на системата за непрекъсваемо електрическо захранване съгласно полезния модел.

Пример за изпълнение на полезния модел

Системата за непрекъсваемо електрическо захранване се състои (фиг. 1) от асинхронна трифазна електрическа машина 1, кинетичен акумулатор на енергия (маховик) 2, електромагнитен съединител 3, двигател с вътрешно горене 4, основа 5, блок от три кондензаторни батерии 6 и прекъсвачи 7.

Асинхронната трифазна електрическа машина 1 е обратима, като от едната страна към вала й е присъединен кинетичен акумулатор на енергия (маховик) 2, а от другата посредством електромагнитен съединител 3 е присъединен съосно двигател с вътрешно горене 4, монтиран заедно с асинхронна трифазна електрическа машина 1 на обща основа 5 чрез виброизолиращи елементи. Обратимата асинхронна електрическа машина 1 е присъединена към захранващата мрежа посредством блок от три кондензаторни батерии 6 и прекъсвачи 7.

Електромагнитният съединител 3 е от нормално затворен тип и е в състояние „отцепен” при захранване от мрежата и се включва автоматично при отпадане на мрежовото захранване.

При наличие на мрежово захранване обратимата асинхронна трифазна електрическа машина 1 работи като четириполюсен електромотор и ротира с над синхронна честота, която се поддържа чрез периодично включване/изключване в двуполюсен режим или чрез маломощен честотен регулатор, при което се постига минимален разход на енергия за компенсиране на загубите от триене в лагерите на обратимата асинхронна трифазна електрическа машина 1 и на кинетичния акумулатор на енергия (маховик) 2 с въздуха.

При отпадане на мрежовото захранване, обратимата асинхронна трифазна електрическа машина 1 автоматично и за по-малко от един полупериод на тока започва да работи като четириполюсен електрогенератор с честота, стартираща от честотата, с която той се върти непрекъснато на празен ход, като честотата започва постепенно да намалява вследствие на намаляването на кинетичната енергия на кинетичния акумулатор на енергия 2. Същевременно с отпадане на мрежовото захранване, автоматично се включва електромагнитният съединител 3 вследствие на това, че той е нормално включен и при липса на захранване се включва, при което се създава механична връзка между вала на асинхронната трифазна електрическа машина 1 и вала на двигателя с вътрешно горене 4, като

U1 по този начин двигателят с вътрешно горене 4 се развърта и стартира, използвайки част от акумулираната енергия в кинетичния акумулатор на енергия (маховик) 2. Двигателят с вътрешно горене 4 започва да задвижва обратимата асинхронна трифазна електрическа машина в режим на електрогенератор с постоянна асинхронна честота, осигурявайки честотата на трифазното захранване. Целият преходен процес на преминаване от мрежовото захранване към захранване от непрекъсваемата система отнема до 15 s, като необходимата енергия се осигурява от кинетичния акумулатор на енергия (маховик) 2, оразмерен подходящо за целта.

За да може да работи обратимата асинхронна трифазна електрическа машина 1 като генератор е необходимо да се използва блокът от три кондензаторни батерии 6, които осигуряват отместване на трите фази за осигуряване на възбуждане в асинхронната безчеткова трифазна електрическа машина 1. В този режим системата позволява дълговременна автономна работа.

При възстановяване на мрежовото захранване, обратимата асинхронна трифазна електрическа машина 1 преминава в режим на асинхронна трифазна електрическа машина. Моментът на превключване към мрежата се управлява автоматично от специален електронен блок, който осигурява включване при сфазиране на мрежата с генератора. При преминаване към мрежовото захранване автоматично се изключва и електромагнитният съединител 3, при което се отцепва вала на асинхронна трифазна електрическа машина 1 от вала на двигателя с вътрешно горене 4, след което двигателят с вътрешно горене 4 се изключва.

Основното предимство на предложеното решение е използването на само една обратима асинхронна машина (1), вследствие на което се постига по-ниска себестойност и по-висока надеждност, поради отпадане на дългия многоопорен вал, използван при решенията с две последователно свързани електрически машини. Също така се постига намаляване на общото механично съпротивление, с което се намаляват загубите при работа на системата в режим на захранване от мрежата, повишава се и общия коефициент на полезно действие на системата. Използването на стандартна безчеткова асинхронна машина в обратим режим на работа води

2135 UI до повишаване на надеждността и увеличаването на времето за работа без поддръжка. В сравнение с решенията, използващи батерии, се осигурява дълговременна автономна работа, лимитирана само от наличния запас от гориво за двигателя с вътрешно горене 4.

Claims (2)

1. Система за непрекъсваемо електрическо захранване, включваща асинхронна трифазна електрическа машина (1) с присъединен от едната страна към вала й кинетичен акумулатор на енергия (маховик) (2) и двигател с вътрешно горене (4), присъединен съосно от другата страна към вала на асинхронната трифазна електрическа машина (1) посредством електромагнитен съединител (3), монтирани неподвижно на обща основа (5) чрез виброизолиращи елементи, и свързващ блок от три кондензаторни батерии (6) и прекъсвачи (7), характеризираща се с това, че асинхронната трифазна електрическа машина (1) е обратима.

2. Система за непрекъсваемо електрическо захранване съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че електромагнитният съединител (3) е от нормално затворен тип, при което е в състояние „отцепен“ при наличие на мрежово захранване и в състояние „зацепен“ при отсъствие на мрежово захранване.