RU2609770C1 - Guaranteed power supply device - Google Patents

Guaranteed power supply device Download PDF

Info

Publication number
RU2609770C1
RU2609770C1 RU2016108048A RU2016108048A RU2609770C1 RU 2609770 C1 RU2609770 C1 RU 2609770C1 RU 2016108048 A RU2016108048 A RU 2016108048A RU 2016108048 A RU2016108048 A RU 2016108048A RU 2609770 C1 RU2609770 C1 RU 2609770C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
input
phase windings
windings
output
Prior art date
Application number
RU2016108048A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Юльянович Сувалко
Original Assignee
Акционерное общество "Конструкторское бюро специального машиностроения"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Конструкторское бюро специального машиностроения" filed Critical Акционерное общество "Конструкторское бюро специального машиностроения"
Priority to RU2016108048A priority Critical patent/RU2609770C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2609770C1 publication Critical patent/RU2609770C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/02—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
    • H02M5/04—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/10—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using transformers

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention can be applied to electrical engineering. Device has power supplies automatic switching device and frequency converter, including input terminals A, B, C, which are made with possibility of connection via power supplies automatic switching device to three-phase AC supply mains or to DC supply mains. One of input clamps is made with possibility of connection to DC supply mains positive terminal, and two other are to negative terminal of latter. Device also has output terminals for connection of three-phase load, three equally made three-phase transformers, each of which comprises first and second input and output three-phase windings. First input three-phase winding phase windings initial outputs and second input three-phase winding phase winding ends are connected to corresponding input terminals A, B, C, and other outputs of each of input three-phase windings are connected to switching element corresponding to this winding in form of three-phase diode bridge with electronic switch in DC circuit. One three-phase transformer input three-phase windings phase windings are in-series connected to input terminals A, B, C, and other two three-phase transformers input three-phase windings phase windings are in-series connected to input terminals B, C, A and C, A, B, respectively. Said three-phase transformers output three-phase windings similar phase windings are in-series connected into three branches, which are combined into Y-network and form three-phase output.
EFFECT: technical result is increase in reliability and expansion of functional capabilities.
3 cl, 6 dwg

Description

Устройство относится к области электротехники и может быть использовано для бесперебойного питания ответственных потребителей трехфазного переменного тока: собственных нужд атомных электростанций, средств связи, компьютерных систем.The device relates to the field of electrical engineering and can be used for uninterrupted power supply for critical consumers of three-phase alternating current: auxiliary needs of nuclear power plants, communications, computer systems.

По схемным решениям и типу используемого оборудования различают две основные группы трехфазных устройств гарантированного электропитания. К первой группе относятся комбинированные устройства гарантированного электропитания, в схемных решениях которых используются одновременно электромашинные и статические преобразователи. Вторая группа объединяет устройства, выполненные с использованием только статических преобразователей. Выбор конкретного типа устройства гарантированного электропитания осуществляется в соответствии с предъявляемыми к нему требованиями по: энергетическим характеристикам, необходимости защиты потребителей от утечки конфиденциальной информации, необходимости резервирования и способу ввода резерва, надежности, сроку службы, уровню шума.According to circuit decisions and the type of equipment used, two main groups of three-phase guaranteed power supply devices are distinguished. The first group includes combined devices of guaranteed power supply, in circuit designs of which electric and static converters are used at the same time. The second group combines devices made using only static converters. The choice of a particular type of guaranteed power supply device is carried out in accordance with the requirements for it: energy performance, the need to protect consumers from leakage of confidential information, the need for redundancy and the method of entering the reserve, reliability, service life, noise level.

Известно устройство бесперебойного питания по патенту RU 2346373 C1 (H02J 9/04, 2009). Известное устройство содержит статический преобразователь, подключенный к электросети и состоящий из выпрямителя, инвертора, для подачи переменного напряжения потребителям, не нуждающимся в гальванической развязке, и накопителя энергии постоянного тока, переменное напряжение также подается на электромашинный преобразователь, состоящий из асинхронного двигателя, соединенного общим валом с возбудителем и генератором, обмотки которых расположены на совмещенном статоре, и автоматического регулятора напряжения, который через дополнительную обмотку возбудителя изменяет ток возбуждения генератора в соответствии с законом изменения тока потребителя.A known uninterruptible power supply device according to patent RU 2346373 C1 (H02J 9/04, 2009). The known device contains a static converter connected to the mains and consisting of a rectifier, an inverter, for supplying alternating voltage to consumers who do not need galvanic isolation, and a direct current energy storage device, alternating voltage is also supplied to an electric machine converter consisting of an asynchronous motor connected by a common shaft with a pathogen and generator, the windings of which are located on a combined stator, and an automatic voltage regulator, which will complement battening exciter winding changes generator excitation current in accordance with the law of change of current user.

Недостатком известного устройства бесперебойного питания является необходимость двойного преобразования электроэнергии в статическом преобразователе, в том числе и электроэнергии для потребителей, нуждающихся в гальванической развязке, что существенно снижает энергетические характеристики устройства.A disadvantage of the known uninterruptible power supply device is the need for double conversion of electricity in a static converter, including electricity for consumers in need of galvanic isolation, which significantly reduces the energy characteristics of the device.

В агрегатах бесперебойного питания со статическими преобразователями питание ответственных потребителей осуществляется в нормальном режиме от сети напряжением переменного тока путем преобразования его вначале в напряжение постоянного тока с последующим преобразованием в напряжение переменного тока. При временном отключении напряжения сети трехфазного переменного тока питание ответственных потребителей осуществляется от накопителя энергии постоянного тока (электролитические конденсаторы, молекулярные накопители, аккумуляторы) путем преобразования посредством инвертора напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока.In uninterruptible power supply units with static converters, power supply for responsible consumers is carried out in normal mode from the mains by an alternating current voltage by first converting it into a direct current voltage and then converting it into an alternating current voltage. In case of temporary disconnection of the three-phase alternating current network voltage, the supply of responsible consumers is carried out from the direct current energy storage device (electrolytic capacitors, molecular storage devices, batteries) by converting the direct current voltage into alternating current voltage through an inverter.

Известен агрегат бесперебойного питания с трехфазной сетью, трехфазным выпрямителем, дизель-генераторным агрегатом, переключателем входа, аккумуляторной батареей, шинами постоянного тока, первым и вторым инверторами и шинами переменного тока (RU 2225668 C1, H02J 9/06, 2004). Также агрегат снабжен стабилизатором постоянного напряжения и дополнительным трехфазным выпрямителем. Аккумуляторная батарея выполнена с первым и вторым выходами. Первый выход соединен с плюсовым зажимом трехфазного выпрямителя через первый и второй электронные ключи, второй выход соединен с плюсовой шиной постоянного напряжения через третий электронный ключ, выход которого соединен с плюсовой шиной постоянного тока и плюсовым выводом стабилизатора постоянного напряжения. Выход первого инвертора соединен с обоими входами второго инвертора с помощью трансформатора тока, выпрямителя, Г-образного фильтра, состоящего из дросселя и конденсатора. При этом к выходам обоих инверторов подключены шины переменного тока. Второй инвертор подключен к плюсовой шине постоянного тока через четвертый электронный ключ, а к минусовой шине непосредственно. Указанные электронные ключи выполнены диодными.A known uninterruptible power supply unit with a three-phase network, a three-phase rectifier, a diesel generator unit, an input switch, a battery, DC buses, the first and second inverters and AC buses (RU 2225668 C1, H02J 9/06, 2004). The unit is also equipped with a DC voltage stabilizer and an additional three-phase rectifier. The battery is made with the first and second outputs. The first output is connected to the positive terminal of the three-phase rectifier through the first and second electronic keys, the second output is connected to the positive DC bus through the third electronic switch, the output of which is connected to the positive DC bus and the positive terminal of the DC voltage stabilizer. The output of the first inverter is connected to both inputs of the second inverter using a current transformer, a rectifier, a L-shaped filter consisting of a choke and a capacitor. At the same time, AC buses are connected to the outputs of both inverters. The second inverter is connected to the positive DC bus through the fourth electronic key, and directly to the negative bus. These electronic keys are made diode.

Однако известное устройство является достаточно сложным и имеет низкие энергетические характеристики.However, the known device is quite complex and has low energy characteristics.

Известно устройство бесперебойного автоматического включения резерва по патенту RU 2503114 C1 (H02J 9/00, H02J 9/06, 2013). Известное устройство содержит выводы для подключения основной и резервной трехфазной сети, два трехфазных трансформаторно-выпрямительных устройства, своими выходами подключенных на шины постоянного тока, от которых через два трехфазных инвертора и соответствующие трехфазные тиристорные ключи запитаны шины переменного тока, и выполненных по многомостовой схеме выпрямления (выпрямительные мосты), при этом многомостовая схема выпрямления содержит трехобмоточный трансформатор с двумя вторичными обмотками, соединенными по схемам «звезда» и «треугольник», которые своими входами подключены к двум вводам основной и резервной трехфазной сети постоянно, молекулярный накопитель энергии, своим зарядно-разрядным выводом подключенный к шинам постоянного тока, а благодаря тиристорным ключам обеспечивается синхронизация трехфазных инверторов при включении (отключении) неисправного трехфазного инвертора от шин переменного тока.A device for the uninterrupted automatic inclusion of a reserve according to patent RU 2503114 C1 (H02J 9/00, H02J 9/06, 2013) is known. The known device contains conclusions for connecting the main and backup three-phase network, two three-phase transformer-rectifier devices, connected to DC bus with their outputs, from which AC bus is fed through two three-phase inverters and corresponding three-phase thyristor switches, and made according to a multi-bridge rectification circuit ( rectifier bridges), while the multi-bridge rectification circuit contains a three-winding transformer with two secondary windings connected according to the circuit yes ”and“ triangle ”, which are permanently connected to the two inputs of the main and standby three-phase network with their inputs, a molecular energy storage device, connected to the DC bus with its charge-discharge output, and thanks to the thyristor keys, three-phase inverters are synchronized when the faulty is switched on (off) three-phase inverter from AC buses.

Недостатком известного устройства являются его невысокие энергетические показатели, обусловленные необходимостью двойного преобразования электроэнергии и необходимостью использования ряда устройств: фильтры, устройства обмена электроэнергии в инверторе.A disadvantage of the known device is its low energy performance, due to the need for double conversion of electricity and the need to use a number of devices: filters, power exchange devices in the inverter.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков с заявляемым изобретением является устройство бесперебойного питания ответственных потребителей трехфазного переменного тока, приведенное в описании изобретения по патенту RU 2540966 C1 (H02J 9/06, H02J 9/00, H02M 5/451, 2015). Известное устройство включает в себя входные клеммы для подвода трехфазного переменного тока, тройной контактор для включения/отключения цепи переменного тока, входные клеммы для подвода постоянного тока (положительную и отрицательную), двойной контактор для включения/отключения цепи постоянного тока, а также фазные дроссели, стоящие в цепи каждой фазы, основной выпрямитель, фильтрующий конденсатор и инвертор. Положительная входная клемма подвода постоянного тока через двойной контактор и разделительные диоды подключена к точкам соединения каждого фазного дросселя с тройным контактором, отрицательная клемма подключена через двойной контактор к общей минусовой точке выпрямителя. Выпрямитель выполнен на базе транзисторных чопперов (IGBT-транзисторах и диодах), обеспечивающих регулирование напряжения при питании от сети постоянного тока. Напряжение с выпрямителя фильтруется конденсатором и поступает на вход инвертора, преобразующего постоянный ток в трехфазный переменный ток, поступающий к нагрузке. Входные клеммы постоянного тока также подключены к группе гальванической развязки из последовательно соединенных: высокочастотного инвертора, трансформатора и дополнительного нерегулируемого выпрямителя. При этом выходы дополнительного выпрямителя подключены к выходам основного выпрямителя, соответственно плюс с плюсом, минус с минусом. Таким образом, группа гальванической развязки подключена непосредственно к источнику постоянного тока, а по выходу - к выходным клеммам основного выпрямителя. Группа гальванической развязки включается только на короткое время, определяемое временем переключения силовых контакторов питающих цепей.The closest in combination of essential features with the claimed invention is an uninterruptible power supply device for responsible consumers of three-phase alternating current described in the description of the invention according to patent RU 2540966 C1 (H02J 9/06, H02J 9/00, H02M 5/451, 2015). The known device includes input terminals for supplying a three-phase alternating current, a triple contactor for switching on / off an alternating current circuit, input terminals for supplying a direct current (positive and negative), a double contactor for switching on / off a direct current circuit, and also phase chokes, standing in the circuit of each phase, the main rectifier, filtering capacitor and inverter. The positive input terminal for supplying direct current through a double contactor and isolation diodes is connected to the connection points of each phase reactor with a triple contactor, the negative terminal is connected through a double contactor to the common negative point of the rectifier. The rectifier is made on the basis of transistor choppers (IGBT transistors and diodes), which provide voltage regulation when powered by a DC network. The voltage from the rectifier is filtered by a capacitor and fed to the input of the inverter, which converts direct current into three-phase alternating current supplied to the load. DC input terminals are also connected to the galvanic isolation group of series-connected: high-frequency inverter, transformer and additional unregulated rectifier. The outputs of the additional rectifier are connected to the outputs of the main rectifier, respectively, plus with plus, minus with minus. Thus, the galvanic isolation group is connected directly to the DC source, and on the output to the output terminals of the main rectifier. The galvanic isolation group is switched on only for a short time, determined by the switching time of the power contactors of the supply circuits.

К недостаткам известного устройства можно отнести необходимость двойного преобразования электроэнергии, наличие фильтров на входе и выходе основного выпрямителя, а также неустойчивую работу при работе от сети переменного тока на емкостную нагрузку, что связано с наличием трехфазного выпрямителя.The disadvantages of the known device include the need for double conversion of electricity, the presence of filters at the input and output of the main rectifier, as well as unstable operation when operating from AC power to a capacitive load, which is associated with the presence of a three-phase rectifier.

Задачей настоящего изобретения является создание устройства гарантированного электропитания с улучшенными энергетическими характеристиками на основе непосредственного преобразователя частоты (циклопреобразователя), обеспечивающего преобразование как переменного трехфазного тока, так и постоянного тока в трехфазный переменный ток с требуемыми частотой и напряжением.The objective of the present invention is to provide a guaranteed power supply device with improved energy characteristics based on a direct frequency converter (cyclotransformer), which provides the conversion of both alternating three-phase current and direct current into three-phase alternating current with the required frequency and voltage.

Указанная задача решается тем, что предложено устройство гарантированного электропитания, содержащее устройство автоматического переключения источников электропитания и преобразователь частоты, включающий входные зажимы A, B, C, которые выполнены с возможностью подключения через устройство автоматического переключения источников электропитания к питающей сети трехфазного переменного тока или к питающей сети постоянного тока, причем один из входных зажимов выполнен с возможностью подключения к плюсовому выводу питающей сети постоянного тока, а два других - к минусовому выводу последней, выходные зажимы для подключения трехфазной нагрузки, три одинаково выполненных трехфазных трансформатора. Каждый из трехфазных трансформаторов включает первую и вторую входные и выходную трехфазные обмотки. Начальные выводы фазных обмоток первой входной трехфазной обмотки и концы фазной обмотки второй входной трехфазной обмотки подключены к соответствующим входным зажимам A, B, C. Другие выводы каждой из входных трехфазных обмоток подключены к соответствующему этой обмотке коммутирующему элементу в виде трехфазного диодного моста с электронным ключом в цепи постоянного тока. Фазные обмотки входных трехфазных обмоток одного трехфазного трансформатора последовательно подключены к входным зажимам A, B, C, а фазные обмотки входных трехфазных обмоток двух других трехфазных трансформаторов последовательно подключены соответственно к входным зажимам B, С, А и C, А, В. При этом одноименные фазные обмотки выходных трехфазных обмоток упомянутых трехфазных трансформаторов соединены последовательно в три ветви, которые объединены в схему звезда и образуют трехфазный выход.This problem is solved by the fact that the proposed guaranteed power supply device comprising a device for automatically switching power supplies and a frequency converter, including input terminals A, B, C, which are configured to connect through a device for automatically switching power sources to a three-phase AC mains supply or to a mains DC network, and one of the input terminals is made with the ability to connect to the positive output of the mains standing Nogo current, and the other two - to the negative terminal of the latter, output terminals for connecting a three-phase loads, the three-phase transformer are equally performed. Each of the three-phase transformers includes the first and second input and output three-phase windings. The initial terminals of the phase windings of the first input three-phase winding and the ends of the phase winding of the second input three-phase winding are connected to the corresponding input terminals A, B, C. The other terminals of each of the input three-phase windings are connected to the corresponding switching element in the form of a three-phase diode bridge with an electronic key in DC circuit. The phase windings of the input three-phase windings of one three-phase transformer are connected in series to the input terminals A, B, C, and the phase windings of the input three-phase windings of two other three-phase transformers are connected in series to the input terminals B, C, A and C, A, B. phase windings of the output three-phase windings of the above-mentioned three-phase transformers are connected in series in three branches, which are combined in a star circuit and form a three-phase output.

В варианте выполнения устройство в качестве электронного ключа содержит транзистор.In an embodiment, the device comprises a transistor as an electronic key.

В другом варианте выполнения устройство в качестве электронного ключа содержит тиристор.In another embodiment, the device as an electronic key contains a thyristor.

Технический результат использования изобретения состоит в том, что оно обеспечивает возможность непосредственного преобразования как трехфазного переменного тока, так и постоянного тока в трехфазный переменный ток с требуемыми частотой и напряжением при использовании в обоих случаях одной и той же принципиальной схемы (по существу - одного и того же преобразователя частоты), что в конечном счете обеспечивает повышение надежности и расширяет функциональные возможности.The technical result of the use of the invention lies in the fact that it provides the ability to directly convert both three-phase alternating current and direct current into three-phase alternating current with the required frequency and voltage when using the same circuit diagram in both cases (essentially the same frequency converter), which ultimately provides increased reliability and expands functionality.

На фиг. 1 представлена схема заявляемого устройства гарантированного электропитания; на фиг. 2 - схема силовой части устройства; на фиг. 3 - диаграммы формирования напряжения на выходе устройства гарантированного электропитания при питании устройства от сети трехфазного переменного тока; на фиг. 4 - диаграммы формирования напряжения на выходе устройства гарантированного электропитания при регулировании напряжения (питание от сети трехфазного переменного тока); на фиг. 5 - диаграммы формирования напряжения на выходе устройства гарантированного электропитания при питании от накопителя энергии постоянного тока; на фиг. 6 - диаграммы формирования напряжения на выходе устройства гарантированного электропитания при регулировании (питание от накопителя энергии постоянного тока). На диаграммах: UA1 - напряжение, формируемое на фазных обмотках трехфазных обмоток 8, 9 трехфазного трансформатора 5; UB1 - напряжение, формируемое на фазных обмотках трехфазных обмоток 11, 12 трехфазного трансформатора 6; UC1 - напряжение, формируемое на фазных обмотках трехфазных обмоток 14, 15 трехфазного трансформатора 7; UA - суммарное фазное напряжение, формируемое в фазе A устройства гарантированного электропитания (на фазных обмотках трехфазных обмоток 10, 13, 16); ω - круговая частота; t - время; 23-28 - интервалы включения соответствующих электронных ключей.In FIG. 1 is a diagram of the inventive device guaranteed power supply; in FIG. 2 - diagram of the power part of the device; in FIG. 3 - diagrams of voltage formation at the output of the guaranteed power supply device when the device is powered from a three-phase alternating current network; in FIG. 4 - diagrams of voltage formation at the output of the guaranteed power supply device for voltage regulation (power supply from a three-phase alternating current network); in FIG. 5 is a diagram of voltage generation at the output of a guaranteed power supply device powered by a direct current energy storage device; in FIG. 6 - diagrams of voltage formation at the output of the guaranteed power supply device during regulation (power supply from a direct current energy storage device). In the diagrams: U A1 is the voltage generated on the phase windings of the three-phase windings 8, 9 of the three-phase transformer 5; U B1 is the voltage generated on the phase windings of the three-phase windings 11, 12 of the three-phase transformer 6; U C1 is the voltage generated on the phase windings of the three-phase windings 14, 15 of the three-phase transformer 7; U A is the total phase voltage generated in phase A of the guaranteed power supply device (on the phase windings of three-phase windings 10, 13, 16); ω is the circular frequency; t is the time; 23-28 - intervals of inclusion of the corresponding electronic keys.

Устройство гарантированного электропитания содержит устройство 1 автоматического переключения источников электропитания и преобразователь частоты, включающий входные зажимы A, B, С, которые выполнены с возможностью подключения через устройство 1 к питающей сети 2 трехфазного переменного тока или к питающей сети 3 постоянного тока, выходные зажимы 4 для подключения трехфазной нагрузки, три одинаково выполненных трехфазных трансформатора 5-7. Один из входных зажимов выполнен с возможностью подключения к плюсовому выводу питающей сети 3 постоянного тока, а два других - к минусовому выводу последней. Каждый из трехфазных трансформатора 5-7 включает две (первую и вторую) входные и выходную трехфазные обмотки. На трехфазном трансформаторе 5 расположены входные трехфазные обмотки 8, 9 и выходная трехфазная обмотка 10. На трехфазном трансформаторе 6 расположены входные трехфазные обмотки 11, 12 и выходная трехфазная обмотка 13. На трехфазном трансформаторе 7 расположены входные трехфазные обмотки 14, 15 и выходная трехфазная обмотка 16. Упомянутые входные и выходные трехфазные обмотки включают фазные обмотки. Начальные выводы фазных обмоток первой входной трехфазной обмотки и концы фазной обмотки второй входной трехфазной обмотки каждого трехфазного трансформатора подключены к соответствующим входным зажимам A, B, C, а другие выводы каждой из входных трехфазных обмоток трехфазного трансформатора подключены к соответствующему этой обмотке коммутирующему элементу 17-22 в виде трехфазного диодного моста с электронным ключом (23-28) в цепи постоянного тока. При этом фазные обмотки входных трехфазных обмоток трехфазного трансформатора 5 последовательно подключены к входным зажимам A, B, C, а фазные обмотки входных трехфазных обмоток трехфазных трансформаторов 6 и 7 последовательно подключены соответственно к входным зажимам B, С, А и C, А, В, причем одноименные фазные обмотки выходных трехфазных обмоток 10, 13, 16 трехфазных трансформаторов 5-7 соединены последовательно в три ветви, которые объединены в схему звезда и образуют трехфазный выход.The guaranteed power supply device comprises an automatic power supply switching device 1 and a frequency converter, including input terminals A, B, C, which are configured to connect three-phase alternating current supply network 2 or to direct current power supply 3 through device 1, output terminals 4 for connecting a three-phase load, three equally executed three-phase transformers 5-7. One of the input terminals is configured to connect to the positive terminal of the DC power network 3, and the other two to the negative terminal of the latter. Each of the three-phase transformers 5-7 includes two (first and second) input and output three-phase windings. Input three-phase windings 8, 9 and output three-phase winding 10 are located on three-phase transformer 5. Input three-phase windings 11, 12 and output three-phase winding 13 are located on three-phase transformer 6. Input three-phase windings 14, 15 and output three-phase winding 16 are located on three-phase transformer 7 The mentioned input and output three-phase windings include phase windings. The initial terminals of the phase windings of the first input three-phase winding and the ends of the phase winding of the second input three-phase winding of each three-phase transformer are connected to the corresponding input terminals A, B, C, and the other terminals of each of the input three-phase windings of the three-phase transformer are connected to the switching element 17-22 corresponding to this winding in the form of a three-phase diode bridge with an electronic key (23-28) in a DC circuit. In this case, the phase windings of the input three-phase windings of the three-phase transformer 5 are connected in series to the input terminals A, B, C, and the phase windings of the input three-phase windings of the three-phase transformers 6 and 7 are connected in series to the input terminals B, C, A and C, A, B, moreover, the same phase windings of the output three-phase windings 10, 13, 16 of three-phase transformers 5-7 are connected in series in three branches, which are combined into a star circuit and form a three-phase output.

В варианте выполнения устройство гарантированного электропитания в качестве электронных ключей содержит, например, транзисторы 23-28. В другом варианте выполнения устройство гарантированного питания в качестве электронных ключей может содержать тиристоры.In an embodiment, the guaranteed power device as electronic keys contains, for example, transistors 23-28. In another embodiment, the guaranteed power device may comprise thyristors as electronic keys.

Устройство гарантированного электропитания работает следующим образом. В нормальном режиме устройство работает от питающей сети 2 трехфазного переменного тока. Преобразование трехфазного переменного тока в устройстве основано на принципе трехполосной модуляции, в котором модулирующая функция формирования выходной частоты и выходного напряжения в каждой фазе нагрузки реализуется путем циклических подключений трехфазных входных обмоток 8, 9, 11, 12, 14, 15 трехфазных трансформаторов 5-7 к питающей трехфазной сети 2 через равные интервалы времени одновременно по трем фазам по круговой диаграмме, а их отключение осуществляется в пределах прямой и обратной полуволн каждой из фаз входного трехфазного напряжения. Подключение трехфазных обмоток 8, 9, 11, 12, 14, 15 к сети трехфазного переменного тока осуществляется при включении ключей 23-28 в коммутирующих элементах 17-22.The guaranteed power supply device operates as follows. In normal mode, the device is powered by 2 mains three-phase alternating current. The conversion of three-phase alternating current in the device is based on the principle of three-band modulation, in which the modulating function of generating the output frequency and output voltage in each phase of the load is realized by cyclic connections of three-phase input windings 8, 9, 11, 12, 14, 15 of three-phase transformers 5-7 to three-phase supply network 2 at equal time intervals simultaneously in three phases in a pie chart, and they are disconnected within the direct and reverse half-waves of each of the phases of the input three-phase Costumed. The connection of the three-phase windings 8, 9, 11, 12, 14, 15 to the three-phase alternating current network is carried out when the switches 23-28 in the switching elements 17-22 are turned on.

Частота выходного напряжения в устройстве гарантированного электропитания при его работе от сети переменного тока определяется выражениемThe frequency of the output voltage in the guaranteed power supply device when it is operating from the AC mains is determined by the expression

fвых=f1-fc,f o = f 1 -f c ,

где fc - частота сети трехфазного переменного тока, f1 - частота следования управляющих импульсов, поступающих от блока 29 управления на электронные ключи 23-28.where f c is the frequency of the three-phase alternating current network, f 1 is the repetition rate of control pulses from the control unit 29 to electronic keys 23-28.

Таким образом, если необходимо устройство гарантированного электропитания с частотой трехфазного переменного тока на шинах нагрузки 50 Гц, то частота следования управляющих импульсов на ключи 23-28 должна составлять 100 Гц. Если, например, необходимо устройство с частотой трехфазного переменного тока на шинах нагрузки 400 Гц, то частота следования управляющих импульсов на ключи 23-28 должна составлять 450 Гц.Thus, if you need a guaranteed power device with a frequency of three-phase alternating current on the load buses 50 Hz, then the repetition rate of the control pulses on the keys 23-28 should be 100 Hz. If, for example, you need a device with a frequency of three-phase alternating current on load buses 400 Hz, then the repetition rate of the control pulses on the keys 23-28 should be 450 Hz.

Амплитуда напряжения в фазах нагрузки в устройстве гарантированного электропитания является суммой напряжений формируемых на всех трех фазных выходных обмотках трехфазных трансформаторов 5-7.The voltage amplitude in the load phases in the guaranteed power supply device is the sum of the voltages generated on all three phase output windings of three-phase transformers 5-7.

Плавное регулирование амплитуды напряжений на выходе устройства гарантированного электропитания осуществляется за счет изменения продолжительности включенного состояния ключей 23-28 (транзисторов или тиристоров).The smooth regulation of the voltage amplitude at the output of the guaranteed power supply device is carried out by changing the duration of the on state of the switches 23-28 (transistors or thyristors).

На фиг. 3 и 4 показаны диаграммы формирования напряжения в фазе A при проводимости ключей 90° и 30° (по круговой диаграмме).In FIG. Figures 3 and 4 show diagrams of voltage formation in phase A with a key conductivity of 90 ° and 30 ° (in a pie chart).

При выходе из строя питающей сети 2 переменного тока срабатывает устройство 1 автоматического переключения источников электропитания, и устройство гарантированного электропитания переходит на работу от питающей сети 3 постоянного тока (например, накопителя энергии постоянного тока). При питании устройства гарантированного электропитания от накопителя энергии постоянного тока частота трехфазного переменного напряжения на выходе устройства определяется выражением fвых=f1. Амплитуда напряжения в фазах нагрузки в устройстве гарантированного электропитания в этом случае является также суммой напряжений формируемых на всех трех фазных выходных обмотках трансформаторов 5-7. Плавное регулирование амплитуды напряжений на выходе устройства гарантированного электропитания также осуществляется за счет изменения продолжительности включенного состояния ключей 23-26 (транзисторов или тиристоров). На фиг. 5 и 6 показаны диаграммы формирования напряжения в фазе A при питании устройства от накопителя энергии постоянного тока. Диаграммы на фиг. 3, 4 и фиг. 5, 6 показывают, что форма (гармонический состав) напряжения на выходе устройства сохраняется и при регулировании его амплитуды.When a failure of the AC supply network 2 is triggered, the device 1 automatically switches the power sources, and the guaranteed power device switches to operation from the DC supply network 3 (for example, a direct current energy storage device). When the device is guaranteed power supply from a direct current energy storage device, the frequency of a three-phase alternating voltage at the output of the device is determined by the expression f o = f 1 . The voltage amplitude in the load phases in the guaranteed power supply device in this case is also the sum of the voltages generated on all three phase output windings of transformers 5-7. The smooth regulation of the amplitude of the voltages at the output of the guaranteed power supply device is also carried out by changing the duration of the on state of the switches 23-26 (transistors or thyristors). In FIG. Figures 5 and 6 show diagrams of voltage generation in phase A when the device is powered from a direct current energy storage device. The diagrams in FIG. 3, 4 and FIG. Figures 5 and 6 show that the shape (harmonic composition) of the voltage at the output of the device is also preserved when its amplitude is regulated.

Простота управления, возможность работать как от сети трехфазного переменного тока, так и постоянного тока, возможность построения устройств гарантированного электропитания с частотой трехфазного переменного тока желаемой частоты, а также широкий и плавный диапазон регулирования напряжения (с сохранением гармонического состава) обеспечивают устройству гарантированного электропитания высокую эффективность процесса преобразования, расширение областей использования, а также повышение коэффициента полезного действия и снижение стоимости.Ease of control, the ability to work both from a three-phase alternating current and a direct current network, the ability to build guaranteed power supplies with a three-phase alternating current frequency of the desired frequency, as well as a wide and smooth voltage regulation range (while maintaining harmonic composition) provide the guaranteed power supply with high efficiency the transformation process, the expansion of areas of use, as well as increasing the efficiency and reducing one hundred bridge.

Таким образом, благодаря особенности исполнения устройства гарантированного электропитания изобретение обеспечивает возможность создания устройства бесперебойного электропитания, обладающего способностью непосредственного преобразования как трехфазного переменного тока, так и постоянного тока в трехфазный переменный ток с требуемыми частотой и напряжением при использовании в обоих случаях одной и той же принципиальной схемы (по существу - одного и того же преобразователя частоты), что в конечном счете обеспечивает повышение надежности и расширение функциональных возможностей устройства.Thus, due to the particular design of the guaranteed power supply device, the invention provides the possibility of creating an uninterruptible power supply device capable of directly converting both three-phase alternating current and direct current into three-phase alternating current with the required frequency and voltage when using the same circuit diagram in both cases (essentially the same frequency converter), which ultimately provides an increase in Nosta and expansion of product features.

Claims (3)

1. Устройство гарантированного электропитания, содержащее устройство автоматического переключения источников электропитания и преобразователь частоты, включающий входные зажимы А, В, С, которые выполнены с возможностью подключения через устройство автоматического переключения источников электропитания к питающей сети трехфазного переменного тока или к питающей сети постоянного тока, причем один из входных зажимов выполнен с возможностью подключения к плюсовому выводу питающей сети постоянного тока, а два других - к минусовому выводу последней, выходные зажимы для подключения трехфазной нагрузки, три одинаково выполненных трехфазных трансформатора, каждый из которых включает первую и вторую входные и выходную трехфазные обмотки, начальные выводы фазных обмоток первой входной трехфазной обмотки и концы фазной обмотки второй входной трехфазной обмотки подключены к соответствующим входным зажимам А, В, С, а другие выводы каждой из входных трехфазных обмоток подключены к соответствующему этой обмотке коммутирующему элементу в виде трехфазного диодного моста с электронным ключом в цепи постоянного тока, фазные обмотки входных трехфазных обмоток одного трехфазного трансформатора последовательно подключены к входным зажимам А, В, С, а фазные обмотки входных трехфазных обмоток двух других трехфазных трансформаторов последовательно подключены соответственно к входным зажимам В, С, А и С, А, В, при этом одноименные фазные обмотки выходных трехфазных обмоток упомянутых трехфазных трансформаторов соединены последовательно в три ветви, которые объединены в схему звезда и образуют трехфазный выход.1. A guaranteed power supply device comprising a device for automatically switching power supplies and a frequency converter, including input terminals A, B, C, which are configured to connect through a device for automatically switching power supplies to a three-phase alternating current power supply network or to a direct current power supply network, one of the input terminals is configured to connect to the positive terminal of the DC power network, and the other two to the negative terminal at the last one, output terminals for connecting a three-phase load, three equally made three-phase transformers, each of which includes the first and second input and output three-phase windings, the initial conclusions of the phase windings of the first input three-phase winding and the ends of the phase winding of the second input three-phase winding are connected to the corresponding input terminals A, B, C, and other outputs of each of the input three-phase windings are connected to the switching element corresponding to this winding in the form of a three-phase diode bridge with electric with a wrench in the DC circuit, the phase windings of the input three-phase windings of one three-phase transformer are connected in series to the input terminals A, B, C, and the phase windings of the input three-phase windings of two other three-phase transformers are connected in series to the input terminals B, C, A and C, respectively A, B, while the same phase windings of the output three-phase windings of the above-mentioned three-phase transformers are connected in series in three branches, which are combined into a star circuit and form a three-phase output. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве электронного ключа содержит транзистор.2. The device according to claim 1, characterized in that it contains a transistor as an electronic key. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве электронного ключа содержит тиристор.3. The device according to p. 1, characterized in that the electronic key contains a thyristor.
RU2016108048A 2016-03-04 2016-03-04 Guaranteed power supply device RU2609770C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016108048A RU2609770C1 (en) 2016-03-04 2016-03-04 Guaranteed power supply device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016108048A RU2609770C1 (en) 2016-03-04 2016-03-04 Guaranteed power supply device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2609770C1 true RU2609770C1 (en) 2017-02-02

Family

ID=58457235

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016108048A RU2609770C1 (en) 2016-03-04 2016-03-04 Guaranteed power supply device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2609770C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU200732U1 (en) * 2020-09-06 2020-11-09 Евгений Николаевич Коптяев ELECTRIC DRIVE WITH A CYCLO-CONVERTER OF IMPROVED RELIABILITY

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4692632A (en) * 1985-02-25 1987-09-08 Siemens Aktiengesellschaft Procedure and apparatus for uninterruptible power supply
RU2225668C1 (en) * 2002-07-08 2004-03-10 Кириллов Николай Петрович No-break power supply unit
RU2503114C1 (en) * 2012-05-23 2013-12-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Device for uninterrupted automatic load transfer
RU2540966C1 (en) * 2013-08-08 2015-02-10 Общество с ограниченной ответственностью "Гамем" (ООО "Гамем") Static converter

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4692632A (en) * 1985-02-25 1987-09-08 Siemens Aktiengesellschaft Procedure and apparatus for uninterruptible power supply
RU2225668C1 (en) * 2002-07-08 2004-03-10 Кириллов Николай Петрович No-break power supply unit
RU2503114C1 (en) * 2012-05-23 2013-12-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Device for uninterrupted automatic load transfer
RU2540966C1 (en) * 2013-08-08 2015-02-10 Общество с ограниченной ответственностью "Гамем" (ООО "Гамем") Static converter

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU200732U1 (en) * 2020-09-06 2020-11-09 Евгений Николаевич Коптяев ELECTRIC DRIVE WITH A CYCLO-CONVERTER OF IMPROVED RELIABILITY

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Rajakaruna et al. Steady-state analysis and designing impedance network of Z-source inverters
US10560019B2 (en) Bipolar high-voltage network and method for operating a bipolar high-voltage network
US10243370B2 (en) System and method for integrating energy storage into modular power converter
US20090285005A1 (en) Space-saving inverter with reduced switching losses and increased life
JP2013541934A (en) Modular multi-voltage output converter device connected to rectifier
JP2012044824A (en) Power conversion device
CN210183018U (en) Grid-connected power supply system and grid-connected device of data center
CN102428635B (en) The method of discharging for the filtering capacitor of the output to DC-to-AC converter and DC-to-AC converter
KR100970566B1 (en) H-bridge type multi-level converter with power regeneration capability
RU2503114C1 (en) Device for uninterrupted automatic load transfer
WO2020248651A1 (en) Off-line phase split device and inverter system
US20140346897A1 (en) High-voltage dc voltage unit and method for operating a high-voltage dc voltage unit
RU2436217C2 (en) Device and method to supply energy to critical load
WO2018087204A1 (en) 3-wire multiphase ups with bypass
RU2600125C2 (en) Converter and method of its operation to convert voltages
EP2993777B1 (en) Multilevel converter
Umuhoza et al. A SiC-based power electronics interface for integrating a battery energy storage into the medium (13.8 kV) distribution system
Mohamad et al. The effects of number of conducting switches in a cascaded multilevel inverter output
RU2513547C1 (en) Static reversible converter for power supply of alternating and direct-current consumers
RU2540966C1 (en) Static converter
CN113474986A (en) Buck-boost converter unit for MMC
Al-Hafri et al. Transformer-less based solid state transformer for intelligent power management
RU2609770C1 (en) Guaranteed power supply device
Tafti et al. Low-voltage ride-through capability of cascaded H-bridge multilevel converters for large-scale photovoltaic power plants
RU2225668C1 (en) No-break power supply unit

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180305