Электропитающее устройство

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в качестве электропитающей установки для потребителей, потребляемые мощности которого в различных режимах работы изменяются в широких пределах.
Известно электропитающее устройство, содержащее источник постоянного тока, шины постоянного напряжения, выключатели постоянного напряжения, источник переменного тока, трехмашинный агрегат мощности, содержащий двигатель постоянного тока, двигатель переменного тока и синхронный генератор, объединенные общим валом, прибор контроля работы синхронного генератора, катушку выключателя нагрузки и блок контактов выключателя нагрузки, выходные шины устройства, к которым подключены потребители, причем шины постоянного напряжения подключены к источнику постоянного тока, минусовой провод указанных шин непосредственно подключен к двигателю постоянного тока трехмашинного агрегата, а плюсовой провод названных шин подключен к указанному двигателю через выключатель постоянного напряжения, источник переменного тока подключен к двигателю переменного тока трехмашинного агрегата непосредственно, прибор контроля соблюдения условий параллельной работы подключен ко всем фазам синхронного генератора названного агрегата и соединен с катушкой выключателя нагрузки, которая управляет состоянием блока контактов выключателя нагрузки, подающего напряжение на выходные шины, причем мощность названного генератора соответствует суммарной мощности всех потребителей [1]. Данное устройство нашло широкое применение, поскольку схема его проста, а технология отработана. Кроме того, электромашинный агрегат устройства построен, как система бесперебойного питания, поскольку, при отсутствии напряжения переменного тока, вращение общего вала обеспечивается двигателем постоянного тока, подключенным к источнику постоянного тока, а во время подзаряда аккумуляторной батареи, объединенный вал вращается за счет двигателя переменного тока, что обеспечивает непрерывное вращение вала синхронного генератора и генерирование электроэнергии требуемого качества. Однако известному устройству присущи и недостатки, среди которых: неэффективное использование мощности генератора в различных режимах работы, когда для работы потребителей требуется только часть мощности, например, для режима, связанного с автономностью, требуется 4 кВт из 60 кВт, генерируемых источником.
Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности использования мощности источника за счет использования совокупности трехмашинных агрегатов с требуемыми мощностями, обеспечивающими только заданный режим работы.
Требуемый технический результат достигается тем, что в электропитающем устройстве, содержащем источник постоянного тока, шины постоянного напряжения, выключатели постоянного напряжения, источник переменного напряжения, первый трехмашинный агрегат мощности, прибор контроля работы синхронных генераторов, катушку выключателя нагрузки и блок контактов выключателя нагрузки, выходные шины устройства, к которым подключены потребители, причем шины постоянного напряжения подключены к источнику постоянного тока, минусовой провод указанных шин непосредственно подключен к двигателю постоянного тока трехмашинного агрегата, а плюсовой провод названых шин подключен к указанному двигателю через выключатель постоянного напряжения, источник переменного тока подключен к двигателю переменного тока трехмашинного агрегата непосредственно, прибор контроля соблюдения условий параллельной работы подключен ко всем фазам синхронного генератора и соединен с катушкой выключателя нагрузки, которая управляет состоянием блока контактов выключателя нагрузки, подающего напряжение на выходные шины, прибор контроля работы синхронного генератора выполнен в виде прибора контроля соблюдения условий параллельной работы синхронного генератора, введены семь трехмашинных агрегатов, каждый из которых выполнен идентично первому трехмашинному агрегату мощности, при этом общая мощность электропитающего устройства разделена между восьмью трехмашинными агрегатами в соотношении 1:4, 1:5, 1:6, 1:10, 1:12, 1:12, 1:15, 1:20, при этом каждый из трехмашинных агрегатов снабжен соответствующими комплектом выключателей постоянного напряжения, комплектом идентичных устройств контроля соблюдения условий параллельной работы синхронных генераторов и имеет связи, соответствующие связям первого трехмашинного агрегата, а также введен комплект блоков задания режимов работы трехмашинных агрегатов, содержащий первый блок, второй блок, третий блок, четвертый блок, пятый блок, шестой блок, седьмой блок и восьмой блок, исполнительные элементы которых включены между выходами устройств контроля соблюдения условий параллельной работы синхронных генераторов и соответствующими катушками выключателей нагрузки.
На чертеже изображена структурная схема электропитающей установки.
Установка содержит источник постоянного тока 1; шины постоянного напряжения 2; комплект выключателей постоянного напряжения 3, содержащий первый выключатель 3-1, второй выключатель 3-2, третий выключатель 3-3, четвертый выключатель 3-4, пятый выключатель 3-5, шестой выключатель 3-6, седьмой выключатель 3-7 и восьмой выключатель 3-8; стабилизатор переменного напряжения 4; комплект идентичных трехмашинных агрегатов 5, состоящий из восьми указанных агрегатов, при этом первый из них содержит двигатель постоянного тока 5-1, двигатель переменного тока 5-9 и синхронный генератор 5-17, причем указанные электрические машины объединены общим валом (не показан), второй содержит двигатель постоянного тока 5-2, двигатель переменного тока 5-10 и синхронный генератор 5-18, третий содержит двигатель постоянного тока 5-3, двигатель переменного тока 5-11 и синхронный генератор 5-19, четвертый содержит двигатель постоянного тока 5-4, двигатель переменного тока 5-12 и синхронный генератор 5-20, пятый содержит двигатель постоянного тока 5-5, двигатель переменного тока 5-13 и синхронный генератор 5-21, шестой содержит двигатель постоянного тока 5-6, двигатель переменного тока 5-14 и синхронный генератор 5-22, седьмой содержит двигатель постоянного тока 5-7, двигатель переменного тока 5-15 и синхронный генератор 5-23, восьмой содержит двигатель постоянного тока 5-8, двигатель переменного тока 5-16 и синхронный генератор 5-24; комплект идентичных устройств контроля соблюдения условий параллельной работы синхронных генераторов 6, содержащий первое устройство 6-1, второе устройство 6-2, третье устройство 6-3, четвертое устройство 6-4, пятое устройство 6-5, шестое устройство 6-6, седьмое устройство 6-7 и восьмое устройство 6-8; комплект блоков задания режимов работы 7, содержащий первый блок 7-1, второй блок 7-2, третий блок 7-3, четвертый блок 7-4, пятый блок 7-5, шестой блок 7-6, седьмой блок 7-7 и восьмой блок 7-8; комплект катушек выключателей нагрузки 8, содержащий первую катушку 8-1, вторую катушку 8-2, третью катушку 8-3, четвертую катушку 8-4, пятую катушку 8-5, шестую катушку 8-6, седьмую катушку 8-7 и восьмую катушку 8-8; комплект блоков контактов выключателей нагрузки 9, содержащий первый блок 9-1, второй блок 9-2, третий блок 9-3, четвертый блок 9-4, пятый блок 9-5, шестой блок 9-6, седьмой блок 9-7 и восьмой блок 9-8; выходные шины установки 10, при этом шины постоянного напряжения 2 подключены к источнику постоянного тока 1, двигатели постоянного тока 5-1, 5-2, …5-8 комплекта идентичных трехмашинных агрегатов 5 подключены к минусовому проводу указанных шин непосредственно, а к плюсовому проводу с помощью выключателей 3-1…3-8 комплекта выключателей постоянного напряжения 3; стабилизатор переменного напряжения 4 подключен к сети (не показана), а его выводы (не обозначены) соединены со входами (не обозначены) двигателей переменного тока 5-9…5-16 комплекта идентичных трехмашинных агрегатов 5; устройства контроля соблюдения условий параллельной работы синхронных генераторов 6-1…6-8 комплекта идентичных устройств контроля соблюдения условий параллельной работы синхронных генераторов 6 подключены к выходам (не обозначены) соответствующих синхронных генераторов 5-17…5-24 комплекта идентичных трехмашинных агрегатов 5, причем к каждому выходу (не обозначены) устройства контроля соблюдения условий параллельной работы синхронных генераторов 6-1…6-8 подключены последовательно соединенные блоки задания режимов работы 7-1…7-8 комплекта блоков задания режимов работы 7 и соответствующие катушки выключателей нагрузки 8-1…8-8 комплекта катушек выключателей нагрузки 8, при этом каждый из указанных генераторов 5-17…5-24 подключен к выходным шинам установки 10, соединенным с потребителями (не показаны) с помощью соответствующих блоков контактов выключателей нагрузки 9-1…9-8 комплекта блоков контактов выключателей нагрузки 9. Технология изготовления трехмашинных агрегатов различной мощности и их функциональные схемы описаны в [3], а устройства контроля соблюдения условий параллельной работы и их техническая реализация изложена в [2], что подтверждает работоспособность предложенного электропитающего устройства. Поскольку сложные объекты имеют большое число режимов работы и потребители рассчитаны на различные мощности, то разделение мощности одного электромашинного агрегата, например, равной 60 кВт на мощности 15 кВт, 12 кВт, 10 кВт, 6 кВт, 5 кВт, 4 кВт и 3 кВт, которые используют соизмеримое по длительности время работы, является оправданным.
Устройство работает в следующих режимах: проверка работоспособности при включении всех восьми электромашинных агрегатов и проверка работоспособности любого из восьми трехмашинных агрегатов в отдельности, при этом первым вступает в работу двигатель постоянного тока 1.
В первом режиме источник постоянного тока 1 исправен и на шинах постоянного напряжения присутствует напряжение заданной величины, а выключатели постоянного напряжения 3-1…3-8 комплекта выключателей постоянного напряжения 3 замкнуты, тогда двигатели постоянного тока 5-1…5-8 трехмашинных агрегатов комплекта 5 будут под напряжением и под их действием общие валы трехмашинных агрегатов придут в движение, что позволит синхронным генераторам 5-17…5-24 создавать требуемое напряжение с заданной величиной и частотой. Параметры электроэнергии указанных генераторов контролируют блоки контроля соблюдения условий параллельной работы 6-1…6-8 соответствующего комплекта и результаты контроля передаются через исполнительные элементы 7-1…7-8 комплекта блоков задания режимов работы (при этой проверке силовые контакты элементов 7-1…7-8 замкнуты) на катушки 8-1…8-8 комплекта катушек выключателей нагрузки, указанные катушки срабатывают и все блоки контактов выключателей нагрузки 9-1…9-8 комплекта 9 срабатывают, обеспечивая подключение всех генераторов 5-17…5-24 к выходным шинам 10. Устройство работает с полной нагрузкой. Если у источника постоянного тока 1 будет отсутствовать напряжение, то шины постоянного напряжения 2 и выключатели постоянного напряжения 3 будут обесточены, а на входы двигателей переменного тока 5-9…5-16 в автоматическом режиме будет подано переменное напряжение от источника переменного напряжения 4. Указанные двигатели обеспечат вращение общих валов трехмашинных агрегатов комплекта 5, и синхронные генераторы 5-17…5-24 будут выдавать требуемое напряжение, при этом все остальные операции проходят по вышеописанному алгоритму. Проверка работоспособности одного из трехмашинных агрегатов начинается с включения кода режима, по которому замыкается соответствующий элемент из комплекта блоков задания режимов 7, все остальные операции повторяются.
Таким образом, введение трехмашинных агрегатов различной мощности позволяет экономить мощность источника устройства в зависимости от времени работы и режима работы.
Источники, принятые во внимание
[1]. Шейкина Т.С., Ханин Ц.И., Шалашова Л.М. Эксплуатация электропитающих установок систем передачи. М., Радио и связь, 1982, стр. 82, рис. 2.1.
[2]. Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины. М., Энергия, 1980, стр. 586…593.
[3]. Атрощенко В.А., Сингаевский Н.А., Кабанков Ю.А. Силовая преобразовательная техника систем электроснабжения. Краснодар, КВВКИУ, 1994, стр. 277…291.