CN101162843A - 复合式不间断供电电源 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种专门针对现代信息设备而设计的不间断供电电源。由于现有的不间断电源不能与计算机类负载实现最佳匹配,本发明在电源、负载一体化思想指导下,在负载分类技术基础上,针对不同的负载,采取不同的保护方式,从而实现了电源与负载经济、合理的平衡与匹配。主要用于数据中心等计算机应用系统的供电保护。
Description
技术领域
本发明涉及一种不间断供电电源,该电源的负载设备限定为:从该设备的单相双极性交流接口直接输入单极性直流电,也可正常工作的各种计算机类信息设备。
背景技术
现有的不间断供电电源,按供电保护方式可分为后备式和在线式(包括互动在线式、传统双变换在线式、Delta变换在线式)两大类。这两大类不间断电源都是在“负载具有统一供电保护要求”前提下设计的,没有充分考虑同一供电电源所带负载的不同供电要求。作为不间断电源主要负载的计算机类设备,其最小应用单元也是由一台主机和一台显示器构成的简单系统。主机是数据存储、处理设备,对数据完整性起决定作用,不允许供电中断,故对主机这样的不允许供电中断负载(以下简称不中断负载),电源应提供完备的在线式保护。而显示器是人机交互设备,长时间掉电并不会影响数据完整性,但从工作连续性考虑,应对其供电故障时间加以合理限制;另外,后备式比在线式结构简单,成本低。所以,在可能的情况下,应优先选择后备式,故对显示器这样的允许供电短时中断负载(以下简称短时中断负载),经济、合理的保护方式是后备式保护。可见,现有的后备式不间断电源,不能满足不允许供电中断负载的可靠性要求;而在线式对允许供电短时中断负载而言又存在过度保护问题。总之,现有的不间断供电电源不能与计算机类负载实现最佳匹配。
发明内容
本发明的目的,是在电源、负载一体化思想指导下,在负载分类技术措施基础上,提供一种能与计算机类负载平衡、匹配的不间断供电电源,它既没有能力不足问题,也没有能力过剩问题,同时要求结构简单、成本低、便于生产。
一种复合式不间断供电电源,包括:一套模块式整流器、一套蓄电池组、一套交直流切换控制器、一套市电过电压保护装置、一套交流可控开关、一套直流可控开关、两套浪涌电流抑制器;所述模块式整流器,是一种离线式整流器,模块式结构便于电源容量的扩减,其输出端并接蓄电池组,以在线方式提供不中断负载电能;所述蓄电池组由单体电池串、并联而成,是本发明中的储能元件,模块式整流器和蓄电池组构成本发明中的直流部分,其任意一极需与交流市电中性线短接,相应地有正、负电源两种应用方式;所述市电过电压保护装置,设置在交流市电进线端,为后续电路提供过电压保护;所述交流可控开关的功率触点,一端经过一套浪涌电流抑制器后与市电相线相接,直流可控开关的功率触点,一端经过另一套浪涌电流抑制器后,与直流电的非接中性线极相接,交、直流功率触点的另一端直接并接,从该并接点以后备方式提供短时中断负载电能;所述交直流切换控制器,具有互锁、延时环节,控制器分别控制交、直流可控开关,使短时中断负载在市电正常时,由交流市电直接供电,在市电故障时由直流电后备供电,从而将供电故障时间限制为切换控制器的延时时间;所述浪涌电流抑制器,在电源突然加载时限制浪涌电流幅值。
由于该电路采用了分类供电电路,以在线方式提供不中断负载电能,以后备方式提供短时中断负载电能,达到了能力与要求的平衡,实现了电源与负载经济、合理的匹配,它既没有能力不足问题,也没有能力过剩问题。同时,该电路省略了直流逆变成交流的逆变环节,简化了结构,降低了成本。另外,在通信电源制造业、电力行业已经形成了成熟的模块式整流器、配电柜设计、制造技术,这些成熟技术可直接或稍加改造即可应用于本发明的生产,故本发明的工业化应用程度高。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
附图是本发明复合式不间断供电电源的电路图。
具体实施方式 附图给出了复合式不间断供电电源的一个具体实例,包括:一个模块式整流器A,一个蓄电池组B,一个交直流切换控制器C,一个过电压保护器D,两个浪涌电流抑制器E、F,一个交流接触器K1,一个直流接触器K2,一个不允许供电中断负载Load 1,一个允许供电短时中断负载Load 2。
现代信息设备广泛采用开关电源。所谓开关电源,即是将外部提供的单相双极性交流市电,经工频整流后变成单极性的直流电,供内部变换器使用。如果外部提供一个单极性的直流电,其幅值只要在双极性交流电蜂值附近,则可以保证信息设备的正常工作。
市电采用TN-S制式,包括以下三类线:相线L、中性线N、保护地线P。
模块式整流器A,是一种输入市电与输出直流隔离型整流器,模块式结构便于电源容量的扩减。其详细工作原理可见公开出版的各种通信用高频开关电源书籍。整流器的输出给蓄电池组B充电,同时提供不中断负载Load1电能,以及需要时经过直流接触器K2的切换提供短时中断负载Load2的电能。
蓄电池组B对相电压为220V的国家和地区,可用24节12V蓄电池串联而成;对相电压为110V的国家和地区可用12节12V蓄电池串联而成。为提高容量和工作可靠性,可并联使用蓄电池组。当整流器A输出正常时,蓄电池组B充电待用,当整流器A无输出时,放电提供负载电能。
整流器A和蓄电池组B构成复合式不间断电源的直流部分。直流的正极V+或负极V-任意一极,需与交流中性线N相接,相应地分成正、负直流电源两种具体方式。本申请文件中,不失一般性,为描述方便使用正电源,即将直流负极V-与交流中性线N相接。
过电压保护器D并接在交流市电的相线L和中性线N之间,将交流电压限制在安全工作范围,后续电路可不再考虑过电压因素。
交流接触器K1功率触点K11的一端,经过浪涌电流抑制器E后,与交流相线L相接;直流接触器K2的功率触点K21的一端,经过另一个浪涌电流抑制器F后,与直流正极V+相连;两个功率触点的另一端直接并接后,作为短时中断负载Load2的电源。
交直流切换抑制器C、交流接触器K1、直流接触器K2和两个浪涌电流E、F构成后备式短时中断负载Load2供电电路。
控制器C可进一步分成:市电检测部分、交流接触器K1控制部分、直流接触器K2控制部分。
(1)市电检测部分 欠电压继电器K3的线圈并接在交流市电的相线L和中性线N之间,感知市电是否正常。欠电压继电器K3的一个常开触点k31用于控制交流接触器k1的状态;另一个常闭触点k32控制直流接触器k2的状态。K31、k32构成第一级互锁环节,保证交、直流接触器不能同时处于导通状态。
(2)交流接触器K1控制部分 欠电压继电器K3的常开触点K31与交流缓吸继电器K4的线圈串联后,并接在市电的相线L和中性线N之间;K4延时闭合的常开触点K41、直流接触器K2的常闭信号触点K22、交流接触器K1的线圈串联后并接在市电的相线L和中性线N之间。
(3)直流接触器K2控制部分 欠电压继电器K3的常闭触点K32与直流缓吸继电器K5的线圈串联后,并接在直流电的两极间;K5延时闭合的常开触点K51与交流接触器K1的常闭信号触点K12、直流接触器K2的线圈串联后并接在直流电的两极间。
交流接触器K1线圈回路中的常闭信号触点K22与直流接触器K2线圈回路中的常闭信号触点K12构成第二级互锁环节,两级互锁环节确保交、直流接触器不能同时处于导通状态。
整流器A和蓄电池B构成的直流部分,对不中断负载Load1提供在线式保护,简单明了。下面结合附图,分初始状态、交流切换到直流、直流切换到交流三种情况,对本发明中短时中断负载Load2的供电过程加以介绍:
(1)初始状态 市电持续稳定地处于合格状态,欠电压继电器K3吸合,常开触点K31闭合,常闭触点K32断开,交流缓吸继电器K4吸合,交流接触器K1吸合,直流缓吸继电器K5释放,直流接触器K2释放,直流常开功率触点K21断开,交流常开功率触点K11闭合,短时中断负载Load2由市电直接供电。
(2)交流向直流切换 当市电欠压或掉电时,欠电压继电器K3感知这一变化,释放线圈:常开触点K31立即断开,交流缓吸继电器K4失电,其线圈立即释放,常开触点K41立即断开,交流接触器K1失电,其线圈立即释放,常开功率触点K11立即断开,常闭信号触点K12立即闭合,允许直流接触器K2接通,短时中断负载Load2无供电电源,处于短时掉电状态;欠电压继电器K3的常闭触点K32立即闭合,直流缓吸继电器K5线圈得电,通电延时时间到后,常开触点K51闭合,同已经闭和的常闭触点K12一起,接通直流接触器K2的线圈回路,常开功率触点K21闭合,直流电经浪涌电流抑制器F给短时中断负载Load2恢复供电,将掉电时间限定为直流缓吸继电器K5的延时时间。同时,直流接触器K2的常闭信号触点K22断开,不允许交流接触器K1接通,防止交、直流直通。
(3)直流向交流切换 当市电恢复正常后,欠电压继电器K3感知这一变化,吸合线圈:常闭触点K32立即断开,直流缓吸继电器K5失电,线圈立即释放,常开触点K51立即断开,直流接触器K2失电,线圈立即释放,常开功率触点K21立即断开,常闭信号触点K22立即闭合,允许交流接触器K1接通,此时短时中断负载Load2处于无任何电源供电的短时掉电状态;欠电压继电器K3的常开触点K31立即吸合,接通交流缓吸继电器K4的线圈电路,通电延时时间到后,闭合常开触点K41,同已经闭合的常闭信号触点K22一起,接通交流接触器K1的线圈回路,常开功率触点K11闭合,交流市电经浪涌抑制器E给短时中断负载Load2恢复供电,将供电中断时间限定在交流缓吸继电器K4的延时时间,同时断开常闭触点K12,不允许直流接触器K2导通。
控制电路中引入延时电路,是为了适应大容量开关速度慢的问题,突破了传统后备方式中对电源装机容量的限制。
Claims (2)
1.一种复合式不间断供电电源,包括:一套模块式整流器、一套蓄电池组、一套交直流切换控制器、一套市电过电压保护装置、一套交流可控开关、一套直流可控开关、两套浪涌电流抑制器;所述模块式整流器,是一种离线式整流器,模块式结构便于电源容量的扩减,其输出端并接蓄电池组,以在线方式提供不允许供电中断负载电能;所述蓄电池组由单体电池串、并联而成,是本发明中的储能元件,模块式整流器和蓄电池组构成本发明中的直流部分,其任意一极需与交流市电中性线短接,相应地有正、负电源两种应用方式;所述市电过电压保护装置,设置在交流市电进线端,为后续电路提供过电压保护;所述交流可控开关的功率触点,一端经过一套浪涌电流抑制器后与市电相线相接,直流可控开关的功率触点,一端经过另一套浪涌电流抑制器后,与直流电的非接中性线极相接,交、直流功率触点的另一端直接并接,从该并接点以后备方式提供允许供电短时中断负载电能;所述交直流切换控制器,具有互锁、延时环节,控制器分别控制交、直流可控开关,使允许供电短时中断负载,在市电正常时由交流市电直接供电,在市电故障时由直流电后备供电,从而将供电故障时间限制为切换控制器的延时时间;所述浪涌电流抑制器,在电源突然加载时限制浪涌电流幅值,其特征在于:
该复合式不间断供电电源将负载分成不允许供电中断负载、允许供电短时中断负载两类,对不允许供电中断负载提供在线式供电保护,对允许供电短时中断负载提供后备式供电保护;该电源内没有直流逆变为交流的逆变器;直流电的任意一极需与交流市电中性线短接;后备式保护中的后备电源,来自在线式保护中的直流电;后备式切换通过交、直流两类可控开关,分两步完成,第一步先断开原线路,第二步再接通新线路,断开动作的完成不能导致接入动作的自动完成;交直流切换控制器具有互锁环节,保证交、直流可控开关不能同时处以导通状态;交、直流切换每个通道均设置有浪涌电流抑制器;交直流切换控制器每个方向都有延时环节,切换时间不必限定在半个工频周期内;后备式切换对电源装机容量无限制。
2.根据权利要求1所述的复合式不间断供电电源,其特征在于:后备式切换时间为几秒钟,而不是半个工频周期内。
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