CN201868944U - 一种不间断电源系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种不间断电源系统,包括依次连接的ATS转换单元、AC/DC整流器、DC/AC逆变器,所述ATS转换单元的第一输入端接收市电,所述DC/AC逆变器的输出端与负载相连,还包括依次连接的发电机组、发电机组启动器、飞轮驱动控制器以及飞轮储能单元;所述ATS转换单元的第二输入端与发电机组的输出端相连;所述飞轮驱动控制器同时与AC/DC整流器的输出端相连。本实用新型利用机械能/电能转换技术和电力电子交流技术并结合现有的发电机组来实现对负载的供电,延长了使用寿命,提高了稳定性和可靠性。

Description

一种不间断电源系统
技术领域
本实用新型涉及一种不间断电源系统。
背景技术
不间断电源(简称UPS)是一种当市电断电时或者在市电供应不正常时能为负载供电的装置,目前通常使用的不间断电源通常是由整流模块、逆变模块、蓄电池组等构成,而蓄电池是一种重金属污染的器件,同时还会伴随着着火、爆炸、腐蚀等安全隐患,在整个不间断电源中是可靠性最差的一种器件,其失效机理分如下几种:
(1)环境温度影响:过高的环境温度是影响蓄电池使用寿命的典型因素,一般蓄电池生产厂家要求的环境温度是在15~20℃,随着温度的升高,蓄电池的放电能力也有所提高,但环境温度一旦超过25℃,只要温度每升高10℃,蓄电池的使用寿命就会减少一半。例如蓄电池的使用寿命是6年,环境温度为35℃,那么其寿命就只有3年了,如果温度再升高10℃达到45℃,其寿命就只有1.5年了。
(2)过度放电:蓄电池被过度放电是影响蓄电池使用寿命的另一重要因素。这种情况主要发生在交流停电后,蓄电池组为负载供电期间。当蓄电池被过度放电到输出电压为零时,会导致电池内部有大量的硫酸铅被吸付到电池的阴极表面,形成电池阴极的″硫酸盐化″。由于硫酸铅本身是一种绝缘体,它的形成必将对电池的充、放电性能产生,不好的影响。因此,在阴极板上形成的硫酸盐越多,电池的内阻越大,电池的充、放电性能就越差,其使用寿命就越短。
(3)板栅的腐蚀与增长:板栅腐蚀是影响蓄电池使用寿命的重要原因。在开路状态下,铅合金与活性二氧化铅直接接触,而且共同浸在硫酸溶液中,它们各自与溶液建立不同的平衡电极电位。正极栅板不断溶解,特别是在过充电状态下,正极由于析氧反应,水被消耗,H+增加,从而导致正极附近酸度增高,反栅腐蚀加速,如果电池使用不当,长期处于过充电状态,那么电池的栅板就会变薄,容量降低,会缩短使用寿命。
(4)浮充电状态对蓄电池使用寿命的影响:目前,蓄电池大多数都处于长期的浮充电状态下,只充电,不放电,这种工作状态极不合理。大量运行统计资料表明,这样会造成蓄电池的阳极极板钝化,使蓄电池内阻急剧增大,使蓄电池的实际容量(A.h)远远低于其标准容量,从而导致蓄电池所能提供的实际后备供电时间大大缩短,减少其使用寿命。
(5)失水:蓄电池失水也是影响其使用寿命的因素之一,蓄电池失水会导致电解液比重增加,电池栅板的腐蚀,使蓄电池的活性物质减少,从而使蓄电池的容量降低而导致其使用寿命减少。
国内很多机房重大火灾,无不是因为蓄电池的老化、寿命的终止、保养不当而引起的,不仅造成了数据丢失,而且造成设备损坏等直接和间接的经济损失。
另外,一方面,蓄电池是一种化学能储存的方式,其储存的能量是通过外加的充电器来充电,不仅充电时间长,而且充电效率低,对电网的利用率低;另一方面,蓄电池的放电时间不易控制,在使用前期时,蓄电池的容量按照100%来算的话,在浮充的条件下,一年之后蓄电池的容量只有50%,两年之后蓄电池的容量就只有30%左右,而且对蓄电池保养不好的话,使用寿命会更短,以此情况分析的话,当市电停电时,就很难准确估算出蓄电池到底能支持不间断电源工作多久。因而,有必要提出一种新的不间断电源,以克服上述缺陷。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于提供一种不间断电源系统,采用其他替代品替换现有的蓄电池组,克服蓄电池可靠性不高等缺陷。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种不间断电源系统,包括依次连接的ATS转换单元、AC/DC整流器、DC/AC逆变器,所述ATS转换单元的第一输入端接收市电,所述DC/AC逆变器的输出端与负载相连,
还包括依次连接的发电机组、发电机组启动器、飞轮驱动控制器以及飞轮储能单元;所述ATS转换单元的第二输入端与发电机组的输出端相连;所述飞轮驱动控制器同时与AC/DC整流器的输出端相连。
其中,所述DC/AC逆变器与负载之间还连接有第一静态开关。
其中,该不间断电源系统还包括AC/AC变压器以及第二静态开关,串联于ATS转换单元的输出端和负载的输入端之间。
其中,所述不间断电源系统还包括第三静态开关,连接于ATS转换单元的输出端和负载的输入端之间。
其中,所述AC/DC整流器的输出端的正负极之间还连接有电容组。
本实用新型的有益效果是:
本实用新型利用机械能/电能转换技术和电力电子交流技术并结合现有的发电机组来实现对负载的供电,替代了原有的蓄电池组,不仅从根本上减少了铅、镉、镍等有色金属的开采、节约了地质资源,增强了可靠性,延长了使用寿命,而且能够实现0切换,具有较强的稳定性。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明,附图中:
图1为本实用新型实施例一提供的不间断电源系统的电路原理图;
图2为本实用新型实施例二提供的不间断电源系统的电路原理图;
图3为本实用新型实施例三提供的不间断电源系统的电路原理图;
图4为本实用新型实施例三提供的不间断电源系统在市电供电模式下的工作原理图;
图5为本实用新型实施例三提供的不间断电源系统在市电停电瞬间的工作原理图;
图6为本实用新型实施例三提供的不间断电源系统在发电机供电模式下的工作原理图;
图7为本实用新型实施例三提供的不间断电源系统在发生过载/故障时的工作原理图;
图8为本实用新型实施例三提供的不间断电源系统在进行清洁、保养或者维修时的工作原理图;
图9为本实用新型实施例中不间断电源系统在切换过程的时序示意图。
具体实施方式
实施例一
请参阅图1,本实施例中不间断电源系统包括以下组成部分:ATS转换单元、AC/DC整流器、DC/AC逆变器、发电机组、发电机组启动器、飞轮驱动控制器、飞轮储能单元、电容组;其中,ATS转换单元、AC/DC整流器以及DC/AC逆变器依次连接;发电机组、发电机组启动器、飞轮驱动控制器以及飞轮储能单元依次连接;ATS转换单元的第一输入端与市电连接,第二输入端与发电机组的输出端连接;飞轮驱动控制器同时与AC/DC整流器的输出端连接;电容组并联于AC/DC整流器的输出端的正负极之间。上述电容组用于维持母线电压稳定,在本实施例中以及其他实施例中并非必要部分。
实施例二
请参阅图2,与实施例一相比,本实施例增加了过旁路部分,即将AC/AC变压器和静态开关2串联于ATS转换单元的输出端和负载的输入端之间;同时,在DC/AC逆变器和负载之间增加一静态开关1。
实施例三
请参阅图3,与实施例二相比,本实施例增加了维修旁路部分,即将静态开关3连接于ATS转换单元的输出端和负载的输入端之间。
由于在上述不同实施例之间,相同部分的工作原理完全相同,因而下面将仅结合实施例3提供的电路对本实用新型的工作原理进行详细描述:
本实施例中,不间断电源系统在正常工作状态下有市电供电工作模式、切换工作模式、以及发电机组供电工作模式,在非正常工作状态(包括过载及故障状态、维护状态等)下仅有市电供电一种工作模式。具体工作原理如下所述:
(1)请参阅图4,在正常工作状态下,静态开关1闭合,静态开关2断开,静态开关3断开,市电正常时,不间断电源系统处于市电供电工作模式,此时市电经过ATS转换单元输出至AC/DC整流器,AC/DC整流器将市电由交流电转换为直流电后输出,一边给飞轮驱动控制器供电以驱动飞轮储能单元中的电机高速运转带动飞轮,一边将直流电输出至DC/AC逆变器,由其将直流电转换为交流电后输出至负载使用;
(2)请参阅图5,在正常工作状态下,静态开关1闭合,静态开关2断开,静态开关3断开,市电停电瞬间,不间断电源系统处于切换工作模式,此时飞轮储能单元中,飞轮由于惯性继续高速运转并带动电机发电,该电机输出的交流电经飞轮驱动控制器转换为直流电后输出到母线上,再经DC/AC逆变器逆变后为负载供电;与此同时,发电机组启动器检测到飞轮驱动控制器输出的直流电信号后,启动发电机组,完成切换;
在上述切换过程中,切换时序如图9所示,具体过程为:当市电停电时,飞轮储能单元从电动状态转换到发电状态,电能通过飞轮控制器反馈给电容组,维持不间断电源系统中直流母线的电压稳定;同时,DSP或者MCU在监控到没有市电信号时即开始计时,当到达2S时,若还没有检测到市电信号,则立马给发电机组启动器发送启动信号,启动发电机组,当ATS转换单元检测到发电机成功启动且输出电压稳定(发电机组启动到稳定通常可以在6秒中内完成)时开始使用发电机组提供的电能,此时AC/DC整流器开始对发电机组提供的能量进行变换以维持母线电压再稳定输出,当母线电压超出预先设定的值时,完全切换到发电机组供电工作模式,此时时间一般在5S,飞轮储能单元还能预留5S中的能量供应,至此完成0切换时间。
(3)请参阅图6,在正常工作状态下,静态开关1闭合,静态开关2断开,静态开关3断开,发电机组正常启动后,不间断电源系统处于发电机组供电工作模式,此时,发电机组提供的电能经AC/DC整流器提供给电容组,再经DC/AC逆变器逆变后输出给负载使用;
(4)请参阅图7,在发生过载或者故障时,静态开关1断开,静态开关2闭合,静态开关3断开,不间断电源系统处于市电供电工作模式,此时市电经过过旁路部分(即AC/AC变压器和静态开关2)给负载供电;
(5)请参阅图8,在需要清扫、保养或者维修时,静态开关1断开,静态开关2断开,静态开关3闭合,不间断电源系统处于市电供电工作模式,此时市电经过维护旁路部分(即静态开关3)给负载。
以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制,仅仅参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解,可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围,均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种不间断电源系统,包括依次连接的ATS转换单元、AC/DC整流器、DC/AC逆变器,所述ATS转换单元的第一输入端接收市电,所述DC/AC逆变器的输出端与负载相连,其特征在于,
还包括依次连接的发电机组、发电机组启动器、飞轮驱动控制器以及飞轮储能单元;所述ATS转换单元的第二输入端与发电机组的输出端相连;所述飞轮驱动控制器同时与AC/DC整流器的输出端相连。
2.如权利要求1所述的不间断电源系统,其特征在于,所述DC/AC逆变器与负载之间还连接有第一静态开关。
3.如权利要求2所述的不间断电源系统,其特征在于,该不间断电源系统还包括AC/AC变压器以及第二静态开关,串联于ATS转换单元的输出端和负载的输入端之间。
4.如权利要求3所述的不间断电源系统,其特征在于,该不间断电源系统还包括第三静态开关,连接于ATS转换单元的输出端和负载的输入端之间。
5.如权利要求1至4之一所述的不间断电源系统,其特征在于,所述AC/DC整流器的输出端的正负极之间还连接有电容组。
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