МОДУЛЬ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА
UNINTERRUPTED POWER SUPPLY MODULE FOR DC LOADS

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для питания ответственных потребителей постоянного тока особой группы первой категории надежности электроснабжения, не допускающих перерыва питания.
Известны устройства гарантированного питания, содержащие резервный источник питания - аккумуляторную батарею (АБ) и резервный агрегат бесперебойного питания, которые реализуют выделенный и параллельный резерв [1]. При выделенном резерве АБ отделена от шин постоянного тока запорным устройством, ненагружена и подключается к нагрузке только при отказе сети переменного тока, при этом возникает перерыв питания на время коммутации. Параллельный резерв предусматривает подсоединение АБ к шинам постоянного тока и ее участие в компенсации провалов напряжения в динамических режимах, что ведет к выработке гарантийного ресурса АБ за счет частых частичных циклов «разряд-заряд».
Известно также устройство бесперебойного питания, содержащее основной силовой преобразователь, непосредственно подключенный к нагрузке, аккумуляторную батарею с зарядным устройством, подключенную к нагрузке через силовой тиристор с блоком управления, а также измерительный компаратор, подключенный по выходу к блоку управления, снабженный датчиком наличия питающей сети. Выход компаратора подключен к блоку управления силового тиристора и силового контактора, нормально разомкнутые контакты которого включены параллельно силовому тиристору, а вход измерительного компаратора подключен к аккумуляторной батарее [2].
Недостатками такого устройства являются низкая надежность из-за наличия последовательно соединенного с АБ силового тиристора; снижение качества напряжения при переходном процессе; большое падение напряжения на тиристорном ключе, значительные тепловыделение и масса радиатора для его охлаждения.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство, содержащее сетевой преобразователь, систему резервного электропитания, подключенные через разделительные диоды на шины гарантированного питания, отличающееся тем, что оно снабжено емкостным накопителем энергии, подключенным через разделительный диод на шины гарантированного питания, зарядными цепями емкостного накопителя энергии. Зарядный резистор одним выводом подключен к точке соединения емкостного накопителя энергии и его разделительного диода, а другим выводом - к точке соединения нормально замкнутого и нормально разомкнутого контактов силового контактора. Второй вывод нормально замкнутого контакта силового контактора подключен к точке соединения сетевого преобразователя и его разделительного диода, а второй вывод нормально разомкнутого контакта силового контактора подключен к точке соединения системы резервного электропитания с ее разделительным диодом [3].
Недостатком этого устройства, принятого нами за прототип, является то, что, с одной стороны, резервная система электропитания постоянно присоединена к шинам гарантированного питания, а с другой, накопитель энергии обеспечивает электроэнергией потребители только на время перехода на систему резервного электропитания, а также имеет нормально замкнутый и нормально разомкнутый контакты силовых контакторов в цепи заряда накопителя, усложняющих конструкцию и снижающих надежность.
Целью изобретения является создание модуля бесперебойного питания с режимом эксплуатации герметичных циклируемых аккумуляторных батарей, обеспечивающим сохранение гарантированной емкости герметичных циклируемых аккумуляторных батарей, а также повышение надежности электроснабжения ответственных потребителей постоянного тока, не допускающих перерывов электропитания, и снижение отклонения напряжения постоянного тока в динамических режимах при кратковременных нарушениях электроснабжения от питающей сети переменного тока.
Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее сетевой преобразователь и молекулярный накопитель энергии, подключенные через разделительные диоды сетевого преобразователя на шины бесперебойного питания постоянного тока, добавляется герметичная циклируемая аккумуляторная батарея, подключаемая на шины бесперебойного питания постоянного тока, через нормально разомкнутые контакты силового контактора цепи разряда герметичной циклируемой аккумуляторной батареи и разделительный диод герметичной циклируемой аккумуляторной батареи, а цепь заряда молекулярного накопителя энергии подключается через зарядный резистор и разделительный диод цепи заряда молекулярного накопителя энергии непосредственно к шинам бесперебойного питания постоянного тока, восполнение частично снятой с герметичной циклируемой аккумуляторной батареи емкости производится зарядным устройством, включаемым в автоматическом режиме, через нормально разомкнутый контакт силового контактора цепи заряда герметичной циклируемой аккумуляторной батареи после восстановления напряжения внешней питающей сети переменного тока.
На фиг.1 изображена схема предлагаемого устройства.
Устройство содержит:
1 - сетевой преобразователь;
2 - разделительный диод сетевого преобразователя;
3 - шины бесперебойного питания постоянного тока;
4 - зарядное устройство герметичной циклируемой аккумуляторной батареи;
5 - нормально разомкнутый контакт силового контактора цепи заряда герметичной циклируемой аккумуляторной батареи;
6 - герметичную циклируемую аккумуляторную батарею;
7 - нормально разомкнутый контакт силового контактора цепи разряда
герметичной циклируемой аккумуляторной батареи;
8 - разделительный диод герметичной циклируемой аккумуляторной батареи;
9 - молекулярный накопитель энергии;
10 - разделительный диод молекулярного накопителя энергии;
11 - зарядный резистор;
12 - разделительный диод цепи заряда молекулярного накопителя энергии.
Устройство работает следующим образом.
При наличии напряжения сети переменного тока, работает сетевой преобразователь 1, напряжение постоянного тока которого через разделительный диод 2 поступает на шины бесперебойного питания постоянного тока 3, к которым подключены ответственные потребители постоянного тока. При этом молекулярный накопитель энергии 9 заряжается через зарядный резистор 11 и разделительный диод 12 до уровня напряжения сетевого преобразователя 1. При наличии напряжения сети переменного тока, посредством зарядного устройства 4 через замкнутый контакт силового контактора 5 происходит заряд - подзаряд (восполнение саморазряда) герметичной циклируемой аккумуляторной батареи 6. Герметичная циклируемая аккумуляторная батарея с помощью разомкнутого контакта силового контактора 7 отключена от шин бесперебойного питания постоянного тока 3. Разделительный диод 10 закрыт, так как напряжение на шинах бесперебойного питания постоянного тока 3 выше, чем на выходе молекулярного накопителя энергии 9.
При отсутствии напряжения сети переменного тока по любым причинам начинает разряжаться молекулярный накопитель энергии 9 через разделительный диод 10; при этом напряжение на шинах бесперебойного питания постоянного тока 3 обеспечивается за счет его разряда.
При кратковременных нарушениях электроснабжения (до 250 мс), происходящих в напряжении сети переменного тока, за счет использования энергии молекулярного накопителя энергии герметичная циклируемая аккумуляторная батарея не разряжается.
Время разряда молекулярного накопителя энергии определяется временем выхода на рабочий режим герметичной циклируемой аккумуляторной батареи 6, подключаемой через замкнутый контакт силового контактора 7, при этом электрическая энергия от герметичной циклируемой аккумуляторной батареи поступает через разделительный диод 8 на шины бесперебойного питания постоянного тока 3 и на заряд молекулярного накопителя энергии.
Электроэнергия, запасенная в молекулярном накопителе энергии, позволяет в два-три раза перекрыть длительность переходного процесса силовой коммутации герметичной циклируемой аккумуляторной батареи.
В цепи используется молекулярный накопитель энергии большой емкости (более 70 Ф), обладающий низким внутренним сопротивлением (менее (0.001 Ом), что позволяет ему мгновенно отдавать накопленную энергию в нагрузку и при этом обеспечивать функцию фильтрации (кондиционирования) электрической энергии на шинах бесперебойного питания постоянного тока.
После восстановления внешней питающей сети переменного тока, зарядным устройством 4, включаемым в автоматическом режиме через нормально разомкнутые контакты силового контактора 5, производится восполнение частично снятой с герметичной циклируемой аккумуляторной батареи емкости.
Заявляемый тип построения устройства отличается от прототипа тем, что исключаются контакты силовых контакторов в цепи заряда молекулярного накопителя энергии, а при наличии напряжения сети резервный источник -герметичная циклируемая аккумуляторная батарея не подключена к шинам бесперебойного питания.
Заявителям не известен путь решения поставленной задачи с приведенной совокупностью существенных признаков, что говорит об «изобретательском уровне» технического решения.
Авторами испытан модуль бесперебойного питания с преобразователем электрической энергии переменного тока в электрическую энергию постоянного тока мощностью 7,5 кВт, где в качестве молекулярного накопителя энергии использован молекулярный накопитель энергии МНЭ-70/28Б-С1 емкостью 70 Ф и применена герметичная циклируемая аккумуляторная батарея 24НКГ-70КА. Модуль обеспечивает бесперебойную и надежную работу ответственных потребителей постоянного тока с максимальным отклонением напряжения на шинах постоянного тока 0,1 В в динамическом режиме при кратковременных нарушениях электроснабжения от внешней питающей сети переменного тока.
Приведенные данные и сведения подтверждают возможность промышленного осуществления предлагаемого изобретения.
Источники информации
1. Статические агрегаты бесперебойного питания. Г.Г. Адамия, Е.И. Беркович и др., под ред. Ф.И. Ковалева. - М.: Энергоатомиздат, 1992, рис.1.14, с.25.
2. Патент РФ №2254659 С1, кл. Н02J 9/06, опубл. 20.06.2005.
3. Патент РФ №2143774 С1, кл. Н02J 9/06, опубл. 27.12.1999.