ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

Изобретение относится к области электротехники, в частности к преобразователям и способам их управления, используемых в системах бесперебойного питания.
Современная тенденция развития систем бесперебойного питания - многомодульные ИБП .html#p3_5, обеспечивающие наиболее отказоустойчивые и наращиваемые по мощности системы бесперебойного электропитания. В основе таких систем заложено параллельное включение выпрямительных (силовых) модулей на общую выходную шину, что обеспечивает необходимое резервирование системы по принципу “n+x” и возможность наращивания мощности системы при необходимости увеличения числа потребителей. Равномерное токораспределение между модулями обеспечивается согласованием их выходных характеристик: номинала напряжения и внутреннего сопротивления. В указанном источнике бесперебойного питания преобразователь может содержать до 16 силовых модулей, параллельно подключенных к нагрузке. Информационная связь между силовыми модулями осуществляется по цифровой шине. После подключения очередного силового модуля, происходит тестирование его состояния, и при исправности системы, он автоматически определяется остальными подключенными к нагрузке силовыми модулями, что приводит к соответствующему перераспределению тока нагрузки. При возникновении сбоя в работе одного из силовых модулей, он автоматически отключается от шины нагрузки, что позволяет изолировать поврежденный силовой модуль без отключения нагрузки от остальных, а нагрузка распределяется среди оставшихся силовых модулей.
К недостаткам можно отнести общую ненадежность системы бесперебойного питания, связанную с тем, что все силовые модули в преобразователе работают одновременно, равномерно распределяя нагрузку между всеми силовыми модулями. В случае выхода из строя, хотя бы одного силового модуля, возрастает нагрузка, распределяемая на остальные силовые модули, что может привести к перегреву силовых модулей и выходу из строя.
Целью заявляемого изобретения является обеспечение мощности системы бесперебойного питания, нагрузочной способности преобразователя частоты за счет исключения резервного силового модуля, повышение надежности работы преобразователя в составе систем бесперебойного питания, увеличение срока службы.
Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе частоты, содержащем N число параллельно включенных силовых модулей, входы которых подключены к источнику питания, а трехфазные выходы, объединенные общей силовой шиной, подключены через датчик тока к нагрузке, при этом нагрузочная способность каждого силового модуля равна номинальному значению нагрузки, каждый из которых снабжен датчиком температуры, датчиком напряжения, информация с которых по соответствующим каналам поступает системе управления, формирующей последовательные управляющие сигналы включения/отключения силовых модулей.
На фиг.1 представлена структурная схема преобразователя частоты, на фиг.2 - временная диаграмма частотного преобразователя.
1
2
3
N
1
2
3
N
Преобразователь частоты содержит параллельно включенные силовые модули DC/AC, DC/AC, DC/AC, …, DC/AC, входы которых подключены к источнику питания 1, а трехфазные выходы объединены общей силовой шиной подключенной через датчик тока 2 к нагрузке 3. Каждый силовой модуль DC/AC, DC/AC, DC/AC, …, DC/AC содержит датчик температуры 4, датчик напряжения 5. Информация с датчиков 2, 4, 5 по соответствующим каналам поступают системе управления 6 преобразователя частоты.
Преобразователь частоты работает следующим образом.
1
2
3
N
1
1
зад
1
2
зад
N-1
N
Входной ток постоянного напряжения от источника питания 1 одновременно поступает на входы силовых модулей DC/AC, DC/AC, DC/AC, …, DC/AC. Временная диаграмма на фиг.2 поясняет работу преобразователя частоты. Управляющий сигнал системы управления 6 включает силовой модуль DC/AC, который преобразует входное постоянное напряжение в 3-х фазное переменное напряжение заданной амплитуды и частоты. С выхода DC/AC преобразованное напряжение поступает по общей силовой шине на нагрузку 3. Через заданное время t управляющий сигнал системы управления 6 выключает DC/АС и включает в работу DC/АС, через время t управляющий сигнал выключает DC/AC и включает DC/AC. Далее цикл повторяется.
Датчик тока 2 контролирует значения выходного тока силовых модулей, защищая преобразователь частоты от короткого замыкания. Если значение выходного тока N-ого силового модуля больше предельно допустимого значения, то информация поступает системе управления 6, которая управляющим сигналом принудительно отключает его, а остальные силовые модули продолжают работать по заданной цикличности, обеспечивая стабильную работу преобразователя частоты.
Одновременно, с каждого N-ого силового модуля системе управления 6 поступает информация о температуре и служебном напряжении, контролируемые, соответственно, датчиком температуры 4, датчиком напряжения 5. Если значение датчика температуры 4 N-ого силового модуля равно пороговому значению, то информация поступает системе управления 6, которая управляющим сигналом принудительно отключает его до достижения разрешающего значения, а остальные силовые модули продолжают работать по заданной цикличности, обеспечивая стабильную работу преобразователя частоты. Если служебное напряжение N-ого силового модуля меньше порогового значения, то информация поступает системе управления 6, которая управляющим сигналом принудительно отключает его до достижения разрешающего значения, а остальные силовые модули продолжают работать по заданной цикличности, обеспечивая требуемое выходное напряжение.
Нагрузочная способность каждого силового модуля преобразователя частоты равна номинальному значению нагрузки, поэтому нет необходимости разделять их на ведущие и ведомые силовые модули, что исключает использование резервного силового модуля и обеспечивает взаимозаменяемость силовых модулей. Последовательное переключение параллельно включенных силовых модулей через заданное время, которое много меньше времени возможного перегрева, обеспечивает равномерное распределение общей выделяемой тепловой мощности между всеми силовыми модулями. Контроль температурного режима силовых модулей снижает вероятность перегрева и выхода из строя. Контроль рабочего напряжения обеспечивает необходимое номинальное значение напряжения силового модуля. Контроль выходного тока защищает от возможного короткого замыкания. Принудительное отключение силовых модулей системой управления до стабилизации контролируемых параметров и последующее их включение, при достижении разрешающих значений, в работу позволяет повысить надежность работы всего преобразователя частоты. В случае выхода из строя силовых модулей, описанный преобразователь частоты способен продолжать работать, обеспечивая заданные выходные характеристики, по крайней мере, при одном работающем силовом модуле.