SU1576986A1

SU1576986A1 - Агрегат бесперебойного питани

Info

Publication number: SU1576986A1
Application number: SU874364349A
Authority: SU
Inventors: Ремик Саркисович Галустян; Георгий Маркович Мустафа; Грант Иванович Вартанян
Original assignee: Специальное Проектно-Конструкторское И Технологическое Бюро Полупроводниковой Техники
Priority date: 1987-12-22
Filing date: 1987-12-22
Publication date: 1990-07-07

Abstract

Изобретение относитс к электротехнике, а именно к источникам бесперебойного электропитани , и может быть использовано в системах электроснабжени потребителей, недопускающих перерыва питани . Цель изобретени - сокращение количества силового оборудовани за счет использовани силового коммутатора дл зар да и подзар да аккумул торной батареи, улучшение массогабаритных показателей, повышение КПД, а также снижение потребл емой от источника переменного напр жени реактивной мощности и уменьшение искажений формы напр жени источника. Агрегат бесперебойного питани выполнен на основе импульсно-модулированного обратимого статического преобразовател (коммутатора) 11, который при нормальных параметрах источника 1 переменного напр жени работает как выпр митель и осуществл ет зар д или подзар д аккумул торной батареи (АБ) 2, а при аварии источника 1 автоматически переходит в режим инвертировани и поддерживает непрерывным питание нагрузки 9. При этом коммутатор 11 в режиме выпр мител потребл ет от источника 1 синусоидальный ток, а в режиме инвертора формирует на нагрузке 9 синусоидальное стабилизированное напр жение. В переходных режимах благодар наличию блока 20 синхронизации отсутствуют броски тока. В режиме выпр мител коэффициент мощности коммутатора 11 близок к единице. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относиггч к электротехнике , а именно к исючникам бесперебойного элемоопитани , и может быть использовано в системах энергоснабжени потребителей переменного тока, не допускающих перерыва питани .

Цель изобр°тени - сокращение количества силового оборудовани за счет использовани силового коммутатора и согласующего трансформатора дл зар да и подзар да аккумул торной батареи, улучшение массогабарит- ных показателей, повышение КПД, a также снижение потребл емой от источника переменного напр жени реактивной мощности и уменьшение искажений формы напр жени источника.

На фиг. 1 представлены два вариан та функциональной схемы агрегата бесперебойного питани (штриховыми лини ми обозначены дополнительные элементы и св зи, относ щиес к второму варианту функциональной схемы)j на фиг. 2 и 3 примеры реализации отдельных блоков агрегата.

В первом варианте исполнени агрегат (фиг. 1) содержит источник 1 переменного тока (сеть) и аккумул торную батарею (АБ) 2, к клеммам которых подключены входы блоков 3 и 4 контрол напр жени сети и АБ соответственно .

Выход блока 4 соединен с управл ющим входом первого переключател 5. Выход блока 3 соединен с управл ющим входами второго переключател 6, прерывател 7 синхросигнала и быстродействующего контактора 8. Последний силовыми контактами включен последовательно между источником 1 и на рузкой 9, к которой подключен вход орган.а 10 измерени напр жени . Вывод переменного тока силового коммутатора 11 соединен через согласующий трансформатор 12 и первый датчик 13 тока с нагрузкой 9. Вывод посто нного тока коммутатора 11 через силовую цепь второго датчика 14 тока соединен с г мой АБ 2. Выход с датчика 14 сое иген с первым входом первой схемы 15 сравнени среднего тока АБ. Второй вхол этой схемы соединен с выходом источника Uoni опорного сигнала задани среднего тока АБ. Выход схемы 15 сравнени соединен с первым входом переключател 5, второй вход которого соединен с выходом второй

0 5

0

5

0

5

схемы 16 сравнени напр жени АБ 2. Первый вход схемы 16 соединен с клеммой АБ 2, а второй вход соединен с выходом источника опорного сигнала задани напр жени АБ. Выход переключател 5 соединен с входом усилител -фильтра 17, выход которого соединен с первым входом первой схемы 18 умножени , второй вход которой соединен с выходом генератора 19 синусоидального опорного напр жени . Вход этого генератора соединен с выходом блока 20 синхронизации, вход которого через прерыватель 7 соедин етс с клеммой источника 1. Выход схемы 18 умножени соединен с первым входом третьей схемы 21 сравнени тока сети, второй вход которой соединен с выходом датчика 13 тока. Выход генератора 19 соединен также с первым входом четвертой схемы 22 сравнени напр жени нагрузки, второй вход которого соединен с выходом органа 10 измерени напр жени . Выходы схемы 21 и 22 соединены с соответствующими входами переключател 6, выход которого соединен с входом сравнивающего усилител 23, выход которого соединен с управл ющим входом блока 24 управлени с широтно-импульсной модул цией (ШИМ). Выходы блока 24 соединены с управл ющими входами вентилей коммутатора 11 .

Второй вариант исполнени агрегата отличаетс от первого отсутствием датчика 14 тока дл измерени среднего тока АБ и его св зи со схемой 15 сравнени , а также наличием двух дополнительных схем: схемы 25 делени и второй схемы 26 умножени . Дополнительные элементы и св зи второго варианта исполнени агрегата на схеме фиг. 1 показаны штриховыми лини ми. При этом первый вход схемы 15 сравнени , соединенный в первом варианте исполнени с выходом датчика 14 тока, во втором варианте соединен с выходом схемы 25 делени , первый вход которой соединен с клеммой АБ 2, а второй - с выходом схемы 26 умножени , первый вход которой соединен с выходом датчика 13 тока, а второй - с клеммой источника 1.

Агрегат работает следующим образом .

Предположим, что АБ 2 имеет некоторый зар д, достаточный дл обеспечени всех элементов и блоков агрегата оперативным питанием, а напр жение источника 1 подано на соответствующие клеммы агрегата. В этих, достаточных дл функционировани агрегата , услови х блок 4 выдает сигнал на замыкание соответствующих данному состо нию АБ 2 контактов переключател 5, а блок 3 контролирует напр жение источника 1 и при нормальных значени х напр жени на его выходе вырабатывает сигнал на включение контактора 8, прерывател 7 и перевод агрегата в выпр мительный режим посредством замыкани соответствующих контактов переключател 6. При этом напр жение источника подаетс на нагрузку 9 и трансформатор 12, а на вход блока 20 синхронизации с клемм источника 1 поступает синхросигнал . С момента подачи оперативного питани блок 2k управлени вырабатывает импульсы дл управлени 1ентил ми коммутатора 11, и через датчики 13 и 14 тока протекает ток, соответствующий режиму зар да АБ 2. Если в рассматриваемый момент времени АБ 2 недозар жена, то блок Ц контрол соедин ет вход усилител -фильтра 17 с выходом схемы 15, котора сравнивает сигнал, пропорциональный среднему значению тока зар да АБ, и сигнал задани по среднему току зар да АБ. На вход усилител -фильтра 17 поступает разностный сигнал, который после усилени и фильтрации поступает на первый вход схемы умножени , на второй вход которой поступает синхронизированный с напр жением источника 1 синусоидальный сигнал с выхода генератора 19. На выходе схемы 18 умножени формируетс синусоидальный сигнал задани по мгновенному значению потребл емого от сети тока.

Этот сигнал поступает на первый вход схемы 21 сравнени , на второй вход которой с выхода датчика 13 тока поступает сигнал, пропорциональный действительному значению тока, потребл емого от сети. Выходной сигнал усилител 23 путем воздействи на скважность выходных импульсов блока 24 управлени устанавливает ток зар да АБ соответствующим заданному и поддерживает значение этого тока неизменным .

В рассматриваемом режиме работы агрегата возмущающими факторами могут вл тьс изменени напр жени сети

переменного тока и увеличение внутреннего сопротивлени АБ в процессе ее зар да. По мере зар да АБ зар дный ток уменьшаетс и на выходе схемы 15

сравнени возникает сигнал рассогласовани , который проходит через уси- лигель-фильтр 17, схему 18 умножени и приводит к по влению сигнала рас ,, согласовани на входе усилител 23, который, воздейству на скважность импульсов управлени вентил ми коммутатора 11, увеличивает приложенное к АБ напр жение. При этом зар дный ток

,- увеличитс -и сигнал рассогласовани снова примет нулевое значение. Аналогично агрегат реагирует на изменени напр жени источника 1.

Когда в процессе зар да напр жение

0 АБ возрастает до значени , при котором на выходе блока 4 возникает сигнал переключени контактов переключател 5 агрегат с режима стабилизации зар дного тока переключаетс на режим

5 стабилизации подзар дного напр жени - поступает разностный сигнал действительного значени напр жени АБ и сигнала задани установленного значени . В этом режиме формирование

(, синусоидального задани по мгновенно- му значению потребл емого от сети тока осуществл етс аналогично описанному выше.

Работа агрегата во втором варианте исполнени отличаетс от описанного

5 только средствами формировани среднего значени зар дного тока. При этом необходимо учесть, что датчик 14 среднего тока АБ во втором варианте отсутствует. Сигнал, пропорциональный среднему току АБ, формируетс , схемами 25 и 26 соответственно делени и умножени .

На первый вход схемы 26 умножени поступает сигнал с выхода датчика 13 тока, пропорциональный потребл емому от сети току. На второй вход этой схемы поступает сигнал напр жени сети от источника 1. Результат умножени сигналоь тока и напр жени соответствует потребл емой от сети в процессе зар да АБ активной мощности . Сигнал, пропорциональный активной мощности, подаетс на второй вход схемы 25 делени . На первый вход этой

схемы поступает сигнал, пропорциональный напр жению АБ. Сигнал на выходе схемы 25 делени вл етс результатом делени потребл емой от сети актив0

5

0

ной мощности на напр жение АБ и соответствует среднему току АБ. Этот сигнал поступает на вход схемы 15 и сравниваетс с сигналом задани установленного тока. Дальнейшее прохождение сигналов аналогично первому варианту.

Необходимо отметить, что сигнал на выходе схемы 25 делени содержит также составл ющую, завис щую от потерь в агрегате, поэтому этот вариант может быть использован в случа х, когда не требуетс высока точность стабилизации зар дного тока АБ. В подзар дном режиме этот фактор к существенным погрешност м не приводит, так как погрешность, обусловленна потер ми в этом режиме, незначительна „

Во всех рассмотренных режимах работы агрегата потребл емый от сети ток основной частоты имеет синусоидальную огибающую с наложением составл ющей с несущей частотой ШИМ. Выходное напр жение генератора 19 опорного напр жени синхронизируетс с напр жением сети, поэтому фаза потребл емого от сети тока в выпр мительном режиме работы агрегата практически совпадает с фазой напр жени сети переменного тока, и коэффициент мощности агрегата в этом режиме имеет высокое значение.

При аварийном отключении источника 1 или отклонени х параметров его напр жени от допустимых значений блок 3 выдает сигнал на отключение контактора 8 и переключение контактов переключател 6. В этот Момент на входе усилител 23 сигнал задани по мгновенному значению потребл емого от сети тока замен етс сигналом задани по напр жению нагрузки. При этом в выпр мительном режиме и в момент переключени переключател 6 сигнал задани по напр жению синхронизировано с напр жением источника 1, а сигнал задани по мгновенному значению потребл емого тока находитс в противофазе по отношению к напр жению источника 1 При переключении переключател 6 фазы импульсов управлени , поступающие на противофазные вентили силового коммутатора 11, мен ютс на 18 0 эл. град.#

to

15

20

25

30

35

40

45

50

режиме (в момент переключени ) фаза переменного напр жени агрегата, пос тупающего на нагрузку, совпадает с фазой напр жени источника 1.

Стабилизаци переменного выходного напр жени агрегата осуществл етс по сигналу обратной св зи с выхода органа 10 измерени напр жени рузки.

Когда параметры напр жени источника 1 восстанавливаютс , блок 3 с задержкой времени, необходимой дл вхождени генератора 19 в синхронизм выдает сигнал на включение контактора 8 и переключение переключател 6. В этом случае переход питани на|- рузки от АБ к источнику 1 происходит при совпадающей фазе напр жений агре гата и сети, поэтому в переходном режиме броски тока не возникают. Пос ле включени контактора 8 ранее замк нутые контакты переключател 6 размы каютс , а разомкнутые замыкаютс и агрегат автоматически переходит в режим зар да или подзар да аккумул торной батареи.

Пример реализации первого вариант исполнени агрегата в части формировани входных сигналов схемы сравнени тока сети приведен на фиг. 2. В качестве датчика 1 тока АБ использован стандартный измерительный шунт сигнал которого усиливаетс усилителем 27- Схемы 15 и 16 сравнени ре- зистивного типа. Схема 15 выполнена на резисторах 28 и 29, а схема 16 - на резисторах 30 и 31. Задание зар д ного тока устанавливаетс резистором 29, а задание напр жени подзар да резистором 31. В блоке k контрол напр жени АБ в качестве измерительного органа использован резистивный делитель 32 напр жени . Выход делите л 32 св зан с входом компаратора 33, вырабатывающего сигнал управлени переключателем 5, который выпол- нен на стандартном аналоговом ключе. В качестве датчика 13 тока использован трансформатор тока, а в качестве схемы 18 умножени - серийный ана логовый перемножитель.

Пример реализации блока 2k упоав- лени с ШИМ приведен на фиг. 3. Блок 2Ц содержит релаксационный генератор

агрегат переходит в инверторный режим 55 треугольного напр жени , модул o

5

0

5

0

5

0

5

0

режиме (в момент переключени ) фаза переменного напр жени агрегата, поступающего на нагрузку, совпадает с фазой напр жени источника 1.

Когда параметры напр жени источника 1 восстанавливаютс , блок 3 с задержкой времени, необходимой дл вхождени генератора 19 в синхронизм, выдает сигнал на включение контактора 8 и переключение переключател 6. В этом случае переход питани на|- рузки от АБ к источнику 1 происходит при совпадающей фазе напр жений агрегата и сети, поэтому в переходном режиме броски тока не возникают. После включени контактора 8 ранее замкнутые контакты переключател 6 размыкаютс , а разомкнутые замыкаютс и агрегат автоматически переходит в режим зар да или подзар да аккумул торной батареи.

Пример реализации первого варианта исполнени агрегата в части формировани входных сигналов схемы сравнени тока сети приведен на фиг. 2. В качестве датчика 1 тока АБ использован стандартный измерительный шунт, сигнал которого усиливаетс усилителем 27- Схемы 15 и 16 сравнени ре- зистивного типа. Схема 15 выполнена на резисторах 28 и 29, а схема 16 - на резисторах 30 и 31. Задание зар дного тока устанавливаетс резистором 29, а задание напр жени подзар да резистором 31. В блоке k контрол напр жени АБ в качестве измерительного органа использован резистивный делитель 32 напр жени . Выход делител 32 св зан с входом компаратора 33, вырабатывающего сигнал управлени переключателем 5, который выпол- нен на стандартном аналоговом ключе. В качестве датчика 13 тока использован трансформатор тока, а в качестве схемы 18 умножени - серийный аналоговый перемножитель.

5 треугольного напр жени , модул

и на нагрузку поступает переменное синусоидальное напр жение, причем источником вл етс АБ 2. В переходном

тор 35 выполненный по схеме компаратора , распределители импульсов управлени , выполненные на логических

элементах 36 и 37 и усилители-формирователи 38 и 39 управл ющих импульсов . На вход модул тора 35 поступают выходные сигналы усилител 23 и генератора 3, при этом на выходе модул - тора образуютс импульсы, по ширине модулированные по синусоидальному закону. Эти импульсы через логические элементы 36 и 37 поступают на входы усилителей-формирователей 38 и 39, выходы которых св заны с входами противофазных вентилей 0 и 1 коммутатора 11 .

Claims

1. Агрегат бесперебойного питани содержащий источник переменного напр жени (сеть), аккумул торную батарею , блоки контрол напр жени сети и аккумул торной батареи, входами . подключенные, к клеммам соответствующих источников, силовой коммутатор, цепь посто нного тока которого св за на с аккумул торной батареей, а цепь переменного тока через согласующий трансформатор и первый датчик тока св зана с нагрузкой, к которой подключен вход органа измерени напр жени , быстродействующий контактор, силовые контакты которого включены между источником переменного напр жени и нагрузкой, а цепью управлени св занный с выходом блока контрол напр жени сети, блок управлени с широтно-импульсной модул цией, вход которого соединен с выходом сравнивающего усилител , а выходы соединен с управл ющими входами вентилей силового коммутатора, а также генератор синусоидального опорного напр жени , отличающийс тем, что, с целью сокращени количества силового оборудовани за счет использовани силового коммутатора и согласую щего трансформатора дл зар да и под зар да аккумул торной батареи, улучшени массогабаритных показателей, повышени КПД, а также снижени потребл емой от источника переменного напр жени реактивной мощности и уменьшени искажений формы напр жени источника, дополнительно введены орган измерени среднего тока аккумул торной батареи, первый и второй переключатели, перва , втора ,треть и четверта схемы сравнени , перва схема умножени , усилитель-фильтр,

,-

10

15

20

30

25 35 50 55

40

45

блок синхронизации и прерыватель синхросигналов, причем управл ющий вход первого переключател соединен с выходом блока контрол напр жени аккумул торной батареи, первый и второй входы первого переключател соединены с выходами соответственно первой и второй схем сравнени , а выход через усилитель-фильтр соединен с первым входом первой схемы умножени , второй вход которой соединен с выходом генератора синусоидального опорного напр жени и с первым входом четвертой схемы сравнени , а выход - с первым входом третьей схемы сравнени , второй вход которой соединен с выходом первого датчика тока, а выход - с первым входом второго переключател , второй вход которого соединен с-выходом четвертой схемы сравнени , второй вход которой соединен с выходом органа измерени напр жени , управл ющий вход второго переключател соединен с выходом блока контрол напр жени сети и управл ющим входом прерывател синхросигнала, выход второго переключател соединен с входом сравнивающего усилител , вход генерато-- ра синусоидального опорного напр жени соединен через включенные последовательно блок синхронизации и прерыватель синхросигнала с входом блока контрол напр жени сети, первый вход первой схемы сравнени соединен с выходом органа измерени среднего тока аккумул торной батареи , второй вход - с источником опорного сигнала задани среднего тока аккумул торной батареи, первый вход второй схемы сравнени соединен с входом блока контрол напр жени аккумул торной батареи, а ее второй вход - с источником опорного сигнала задани напр жени аккумул торной батареи.

2.Агрегат по п. 1, отличающийс тем, чго в качестве органа измерени среднего тока аккумул торной батареи использован второй датчик тока, включенный в цепь посто нного тока силового коммутатора .

3.Агрегат по п. отличающийс тем, что с целью упрощени силовой схемы, в качестве органа измерени среднего тока аккумул торной батареи использована схема умножени и схема делени , причем первый вход второй схемы умножени соединен с выходом первого датчика тока, ее второй вход соединен с входом блока контрол напр жени сети, ее

И

Фиг.З

выход соединен с вторым входом схемы делени , первый вход которой соединен с первым входом второй схемы сравнени , а выход схемы делени вл етс выходом органа измерени среднего тока акку-1 мул торной батареи.

F- K- Tb

«1

..j i«±±d J