СУПЕРКОНДЕНСАТОРНЫЙ ИСТОЧНИК БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ ШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМОГО ПРИВОДА

Полезная модель относится к классу источников бесперебойного питания и может быть использована при проектировании новых и модернизации находящихся в эксплуатации частотно-регулируемых приводов (ЧРП) в однофазных или трехфазных сетях 230В/400В с нестабильными параметрами (глубокие просадки или скачки напряжения, кратковременные прерывания напряжения), а также с нестабильной и резкопеременной нагрузкой.
Наиболее распространенной проблемой при работе частотно-регулируемых приводов являются провалы напряжения сети (низкое качество электроснабжения) и, как следствие, отключение ЧРП, вызванное падением напряжения на шине постоянного тока (ШПТ) ЧРП. Для борьбы с такими отключениями используют так называемые источники бесперебойного питания (ИБП) с двойным преобразованием (см., например, патент RU 34820 U1). Принцип работы подобного ИБП построен на преобразовании переменного напряжения в постоянное с дальнейшим хранением запасенной энергии в аккумуляторах   и обратным процессом преобразования постоянного тока в переменный, после чего переменный ток преобразуется уже в постоянный в выпрямительном звене (входном каскаде) ЧРП.
Задача, решаемая созданием заявленного источника бесперебойного питания, состоит в дальнейшем повышении безотказности работы ЧРП при низком качестве электроснабжения, при этом технический результат, достигаемый при решении такой задачи, состоит в  повышении стабильности параметров напряжения ШПТ в условиях нестабильности питающей электросети и резких изменениях параметров нагрузки.
Для достижения поставленного результата предлагается источник бесперебойного питания (ИБП) шины постоянного тока (ШПТ), содержащий блок включения/выключения, выполненный с возможностью связи с  шиной постоянного тока, блок управления (компаратор) с выходом и входами и суперконденсаторный накопитель (СКН),  связанный с блоком включения/выключения с помощью двунаправленного преобразователя, служащего для согласования напряжения на ШПТ и СКН, при этом выход блока управления связан с блоком включения/выключения, а входы связаны, соответственно, с шиной постоянного тока и с суперконденсаторным накопителем.
В качестве суперконденсатора использован суперконденсатор двойного слоя (EDLC).
Возможность достижения поставленного результата обусловлена способностью суперконденсаторов, в частности, суперконденсаторов двойного слоя, способности мгновенно брать или отдавать энергию, тем самым обеспечивая непрерывное поддержание стабильного напряжения на ШПТ, что позволяет практически мгновенно реагировать на изменения параметров ШПТ при изменении параметров нагрузки и параметров питающей сети.
Сущность полезной модели поясняется принципиальной электрической схемой подключения заявленного ИБП к шине постоянного тока  частотно-регулируемого привода (ЧРП) (фиг.1), на которой следующими позициями обозначены:
1 -– входной каскад (выпрямитель) ЧРП преобразования переменного напряжения в постоянное (AC/DC);
2 – шина постоянного тока ЧРП;
3 – инвертор ЧРП (DС/AC);
4 – электродвигатель;
5 - суперконденсаторный накопитель (СКН);
6 -  блок управления (компаратор); сравнивает напряжение на ШПТ и  СКН;
7 – блок включения и отключения СКН накопителя при выходе параметров напряжения ШПТ за пределы номинального;
8 – двунаправленный преобразователь (DС/DC) .
Принцип работы заявленного ИБП предполагает выполнение следующей последовательности действий. Входной каскад 1 ЧРП преобразует переменное напряжение в постоянное и подает его на ШПТ 2.  Блок управления (компаратор) 6 сравнивает напряжение на ШПТ и на СКН.
При разряженном СКН 5 – направление А на фиг.1, блок управления 6 управляет блоком включения 7 и через двунаправленный преобразователь 8 обеспечивает заряд суперконденсаторного накопителя до напряжения, необходимого для работы шины постоянного тока в номинальном режиме.  Дополнительно, преобразователь 8 служит для согласования напряжения на шине постоянного тока и на суперконденсаторном накопителе.
При появлении провалов в сети или появлении резкопеременной нагрузки происходит разряд суперконденсаторного накопителя 5 через преобразователь 8 на шину постоянного тока 2 – направление В на фиг.1. При этом, блок управления 6 постоянно сравнивает  напряжение на шине постоянного тока и суперконденсаторном накопителе и обеспечивает режим заряда/разряда накопителя для обеспечения номинального напряжения на ШПТ ЧРП.
Таким образом, суперконденсаторный накопитель (СКН) выполняет функцию  кратковременного поддержания нагрузки при провалах в сети или полном пропадании электроснабжения (статистика показывает, что 80% случаев пропаданий электроснабжения носят кратковременных характер, не более 5 секунд), что во многих случаях значительно эффективнее, чем применение аккумуляторных батарей, традиционно используемых в ИБП с двойным преобразованием за счет значительно большего срока службы суперконденсаторов, более широкого температурного диапазона эксплуатации и возможности работы вне помещений, компактности и малой массе, необслуживаемости, экологичности.
Предлагаемое решение обеспечивает стабильную работу ЧРП в условиях нестабильности питающей электросети и ЧРП в  сетях 230В/400В с высоким КПД за счет присущего суперконденсаторам свойства мгновенно заряжаться/разряжаться, обеспечивает кратковременное поддержания нагрузки в случае пропадания электроснабжения, обеспечивает компенсацию импульсной составляющей нагрузки, асимметрии по мощности  сети и мощности нагрузки ЧРП, компактность, необслуживаемость, экологичность, длительный срок эксплуатации, возможность масштабирования для работы с несколькими ЧРП по общей шине постоянного тока, поддержание критически важных технологических процессов в штатном режиме.