SU1764119A1 - Агрегат бесперебойного электроснабжени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике , а именно к системам бесперебойного электроснабжени  токоприемников ответственных потребителей переменного тока специальных объектов. Сущность изобретени : в агрегат бесперебойного электроснабжени  введены повышающий редуктор, статический преобразователь частоты и блок управлени  разобщительной муфты, выполненный в виде логического элемента И. причем повышающий редуктор установлен между асинхронизированной синхронной машиной и маховиком, статорные обмотки машины подключены через статический преобразователь частоты к шинам гарантированного электропитани , управл ющий вход которого подключен к системе автоматического управлени , а первый и второй вход блока управлени  разобщительной муфты подключены соответственно к системе автоматического управлени  и системе пуска первичного двигател , а выход подключен к разобщительной муфте. 1 ил.

Description

СО

с

Изобретение относитс  к электроэнергетике , а именно к системам бесперебойного электроснабжени  токоприемников ответственных потребителей переменного тока специальных объектов.

Известен агрегат бесперебойного электроснабжени , содержащий шины гарантированного электропитани , соединенные с сетью переменного тока через статический переключатель, к которым присоединена буферна  установка в виде генераторного блока, состо щего из электрической машины переменного тока, механически соединенной с электрической машиной посто нного тока, подключенной к аккумул торным батаре м. Система управлени  генераторным блоком содержит трансформатор тока и стабилизатор, управл ющий обмоткой возбуждени  электрической машины переменного тока. Недостатком известного агрегата  вл етс  недостлточна  экономичность и надежность, обусловленные сложностью схемы буферной установки , состо щей из механически соединенных электрических машин переменного и посто нного тока, подключенной к аккумул торным батаре м, св зью с двум  родами тока, наличием аккумул торных батарей, требующих посто нной подзар дки и контрол  за саморазр дом, а также специального помещени , относительно низким коэффициентам полезного действи .

Наиболее близкой к изобретению  вл етс  система бесперебойного электроснабжени , содержаща  шины гарантированного электропитани , соединенные с сетью переменного тока через статический выключатель, к которым присоединена буферна  установка в виде асинхронизированной синхронной машины с

V4

О

О

независимым возбуждением и инерционным маховиком, снабженной системой автоматического управлени  и регулированием , В известной системе недостаточна  надежность бесперебойного электроснабжени  токоприемников ответственных потребителей во времени переходного режима от момента исчезновени  напр жени  до прин ти  нагрузки первичным источником , определ етс  малым {до нескольких секунд) временем работы буферной установки в генератора за счет кинетической энергии маховика. Кроме того, недостатком данной системы  вл етс  наличие маховика с большими массогабарит- ными показател ми, в значительной степени обуславливающих надежность системы бесперебойного электроснабжени .

Цель изобретени  - повышение надежности электроснабжени  путем уменьшени  массогабаритных показателей маховика,

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в агрегат бесперебойного электроснабже ни  введены повышающий редуктор, статический преобразователь частоты и блок управлени  разобщительной муфты, выполненный в виде логического элемента И, причем повышающий редуктор установлен между асинхронизированной синхронной машиной и маховиком, статорные обмотки машины подключены через статический преобразователь частоты к шинам гарантированного питани , управл ющий вход которого подключен к системе автоматического управлени  и регулировани , а первый и второй входы блока управлени  разобщительной муфты подключены соответственно к системе автоматического регулировани  и системе пуска первичного двигател , а выход подключен к разобщительной муфте. Массогабармтные показатели маховиков в агрегатах бесперебойного электроснабжени  определ ютс  максимальной частотой вращени  и диапазоном изменени  частоты вращени  в разр дном цикле. Это видно из аналитической зависимости

MM f

Nn tr

(1 pf

(1)

где Nn - мощность электромеханического преобразовател ;

VR - окружна  скорость маховика;

tp - врем  разр дки цикла;

fypu - КПД разр дного цикла;

Ф -Я1- кратность падени  угловой

СОмакс скорости маховика.

Применение повышающего редуктора

позвол ет увеличить максимальную частоту вращени  до 8000 об/мин, а использование статических преобразователей частоты обеспечивает на шинах гарантированного электропитани  напр жение требуемого качества частотой 50 Гц. Таким образом, в предлагаемом устройстве энергии маховика используетс  в диапазоне частоты вращени  8000-1000 об/мин, а в прототипе 1500- 1000 об/мин. При одинаковом времени

работы в генераторном режиме это позвол ет уменьшить массу маховика в дес ть раз. Во-вторых, уменьшение массы маховика достигаетс  использованием запуска первичного двигател  не за счет энергии

маховика, а подключением первичного двигател  в момент равенства их угловых скоростей предельно допустимой угловой скорости первичного двигател , при кото- рой он может вз ть нагрузку с учетом обеспечени  требуемого качества напр жени  на шинах гарантированного электропитани . Применение высоких частот позвол ет значительно уменьшить массу асинхронизированной синхронной машины.

На чертеже дана структурна  схема агрегата бесперебойного электроснабжени . . Агрегат бесперебойного электроснабжени  состоит из основного источника 1 питани , коммутационного аппарата 2, статического выключател  3, шин 4 гарантированного электропитани  с подключенными к ним приемниками 5 электрической энергии ответственных потребителей и через статический преобразователь 6 асинхронизированной синхронной машины (АСМ) 7 с независимой системой возбуждени  8, содержащей расположенный на валу ротора вспомогательный генератор 9, питающий силовую часть тиристорного преобразовател  10, подключенного к обмоткам возбуждени  11, св занной через повышающий редуктор 12 с маховиком 13 соединенным через разобщительную муфту 14 с блоком управлени  15, выполненным в виде логического элемента И и первичным двигателем 16 с системой пуска 17. Агрегат содержит систему 18 автоматического управлени , первый 19 вход которой подключен к шинам гарантированного

электропитани , второй 20 вход подключен к основному источнику питани , а первый 21 выход подключен к управл ющему входу статического преобразовател  частоты 6, второй 22 выход подключен к управл ющему выходу независимой системы возбуждени  8 АСМ 7, третий 23 выход подключен к блоку управлени  15 разобщительной муфты 14, четвертый выход 24 подключен к системе пуска 17 первичного двигател  16, п тый 25 выход подключен к управл ющему входу статического выключател  3, котора  осуществл ет управление АСМ 7 в компенсаторном режиме по заданной величине скольжени  вала ротора и реактивной мощности статора, а в генераторном режиме по заданной величине напр жени  и частоты, а также формирует управл ющие сигналы на переключение статического выключател  3, включение и отключение первичного двигател  16 и разобщительной муфты 14. В нормальном режиме электроснабжение приемников 5 электрической энергии ответственных потребителей осуществл етс  от источника 1 через коммутационный аппарат 2, статический выключатель 3, шины 4 гарантированного электропитани  АСМ 7 подключенна  статорными обмотками через статический преобразователь частоты 6 к шинам 4 гарантированного электропитани , обмотки возбуждени  11 получают питание через преобразователь 10 частоты от вспомогательного генератора 9, работает в режиме асинхронного компенсатора, враща  через повышающий редуктор 12 маховик 13. Разобщительна  муфта 14 разобщена и первичный двигатель 16 находитс  в готовности к пуску. В этом режиме управление АСМ 7 осуществл етс  по заданной величине скольжени  вала ротора и реактивной мощности статора. Поддержание заданного скольжени  вала ротора и регулирование величины реактивной мощности статора АСМ 7 осуществл етс  системой управлени  18, котора  формирует на втором 22 выходе такой сигнал, управлени  преобразователем 10 частоты, который определ ет частоту, амплитуду, фазу напр жени  на его выходе, а следовательно и токов ротора. Это позвол ет создать обмотками возбуждени  11 ротора вращающеес  относительно него в нужном направлении круговое поле с требуемой по режиму работы амплитудой, частотой и фазой, обеспечивающих заданное скольжение вала ротора и величину реактивной мощности статора АСМ 7. При поступлении на второй 20 вход системы управлени  18 сигналов не соответствующих заданным предельным значени м или при полном прекращении питани  со стороны основного источника 1, под воздействием сигнала управлени , формируемого на п том 25 выходе отключаетс  статический

выключатель 3 и отдел ет от основного источника 1 шины 4 гарантированного электропитани  с присоединенными к ним приемникам 5 электрической энергии ответ- 5 ственных потребителей, которые получают питани  от АСМ 7 переведенной в режим генератора и использующей запасенную кинетическую энергию маховика 13, повышающий редуктор 12 работает на холостом

0 ходе. Одновременно, система управлени  18 выдает на четвертом 24 выходе сигнал на блок управлени  17 первичным двигателем осуществл   запуск первичного двигател  16. В этом автономном режиме управление

5 АСМ 7 осуществл етс  по заданной величине напр жени  и частоты на шинах 4 гарантированного электропитани . Поддержание заданной величины напр жени  на шинах 4 гарантированного электропитани  осущест0 вл етс  системой управлени  18, обеспечивающей заданное значение напр жени  на шинах 4 гарантированного электропитани . Регулирование величины частоты напр жени  осуществл етс  статическим преобра5 зователем частоты 5 по сигналам, формируемым на первом 21 выходе системой управлени  18 в пределах угловых скоростей ОТ«УмаксДО (Умин соответствующей f 50 Гц. При дальней0 шем снижении угловой скорости ниже WHOM регулирование величины частоты напр жени  статора осуществл етс  системой независимого возбуждени  8. При этом, системой управлени  18 формируетс  на

5 втором 22 выходе такой сигнал управлени  преобразователем 10 частоты, который определ ет частоту, амплитуду напр жени  возбуждени . Это позвол ет создать обмотками 11 возбуждени  вращающеес  относи0 тельно ротора в нужном направлении0 круговое поле с требуемой по режиму работы амплитудой, частотой м фазой, обеспечивающих заданное значение напр жени  частоты на шинах 4 гарантированного

5 электропитани , При снижении угловой скорости вращени  вала машины до минимальной соответствующей предельно допустимой угловой скорости вращени  вала , при которой АСМ 7 обеспечивает требу0 емую частоту напр жени , а первичный двигатель 16 может вз ть нагрузку с учетом обеспечени  требуемого качества напр жени , блок управлени  15 разобщительной муфты по сигналам поступающим с третьего

5 23 выхода системы управлени  18 и системы пуска 17 первичного двигател  формирует сигнал, обеспечивающий включение разобщительной муфты 14 и привод АСМ 7 начинает осуществл тьс  от первичного

двигател  16. Таким образом, обеспечиваетс  электроснабжение приемников 5 электрической энергии ответственных потребителей электроэнергии требуемого качества от АСМ 7, работающей в генера- торном режиме. Восстановление напр жени  основного источника 1 фиксирует система управлени  18. При соответствии всех величин и выполнении условий синхронизации позвол ющих включить на парал- лельиую работу с основным источником 1 АСМ 7, система управлени  18 отмен ет на п том выходе сигнал на отключение статического выключател  3, на третьем 23 - на включение разобщительной муфты 14, а на четвертом 24 выходе на включение первичного двигател  16. При этом, исключаетс  статический выключатель 3 и соедин ет с источником 1 шины 4 гарантированного электропитани . Включаетс  блок регули- ровани  17, первичный двигатель 16 останавливаетс , отключаетс  разобщительна  муфта 14. АСМ 7 переводитс  из режима синхронного генератора е режим асинхронного компенсатора. Таким образом, агрегат бесперебойного электроснабжени  работает в исходном режиме.

Использование в предлагаемом агрегате бесперебойного электроснабжени  повышающего редуктора, статического преобразовател  частоты и блока управлени  разобщительной муфты, выполненного в виде логического элемента И, причем повышающий редуктор установлен между асинхронизированной синхронной маши- ной и маховиком, статорные обмотки которой подключены через статический преобразователь частоты к шинам гаран- тированного электропитани , управл ющий вход которого подключен к системе автома- тического управлени , а первый и второй вход блока управлени  разобщительной муфты подключен соответственно к системе автоматического управлени  и системе пуска первичного двигател , а выход подклю- чен к разобщительной муфте, повышает надежность электроснабжени  путем уменьшени  массогабаритных показателей маховика, за счет увеличени  глубины реализуемого разр да кинетической энер- гии маховика. Расширение глубины реализуемого разр да маховика достигаетс  использованием в двигательном режиме повышающего редуктора с помощью которого увеличиваетс  углова  скорость вращени  маховика до 8000 об/мин, а .в генераторном режиме статического преобразовател  частоты , обеспечивающего частоту тока генератора равной 50 Гц при частоте вращени  вала ротора 1500 об/мин, а с учетом применени  асинхронизированной синхронной машины, энерги  маховика используетс  в диапазоне от 8000 до 1000 об/мин, в прототипе от 1500 до 1000 об/мин. Увеличение времени работы в генераторном режиме от маховика позвол ет использовать запуск первичного двигател ч от шахтных систем, что дает также возможность уменьшить мас- согабаритные показатели маховика. Увеличение глубины реализуемого разр да кинетической энергии маховика позвол ет использовать маховик, определ ющий главным образом степень совершенства и технико-экономические показатели агрегата бесперебойного электроснабжени  с махо- вичными накопител ми энергии, с меньшими массогабаритными показател ми, менее дорогосто щих материалов при том же времени работы, что и у прототипа. Величина положительного экономического эффекта, обусловленного предлагаемой системой бесперебойного электроснабжени , также зависит от масштаба системы электроснабжени , состав потребителей электроэнергии и величины ущерба, возникающего от перерыва в электропитании. Увеличение надежности электроснабжени  позволит в большинстве случаев свести этот ущерб к нулю.

Claims (1)

1. Формула изобретени  . Агрегат бесперебойного электроснабжени , содержащий статический выключатель , включенный между сетевым вводом и шинами гарантированного электропитани ; к которым присоединена асинхронизиро- ванна  синхронна  машина с независимым возбуждением и маховиком на валу, св занные через разобщительную муфту с первичным двигателем, снабженна  системой автоматического управлени , отличающийс  тем, что, с целью повышени  надежности путем уменьшени  массогабаритных показателей маховика, в агрегат введены повышающий редуктор, статический преобразователь частоты и блок управлени  разобщительной муфты, выполненный в виде логического элемента И, причем повышающий редуктор установлен между асинхронизированной синхронной машиной и маховиком, статорные обмотки машины подключены через статический преобразователь частоты к шинам гарантированного электропитани , управл ющий вход которого подключен к системе автоматического управлени , а первый и второй входы блока управлений разобщительной муфты подключены соответственно к системе автоматического управлени  и системе пуска первичного двигател , а выход под- ключен к разобщительной муфте.