СИСТЕМА БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к системам для обеспечения бесперебойного питания ответственных потребителей, например, оборудования газодобывающих скважин.
Известны системы бесперебойного питания с использованием преобразователей, коммутирующих устройств и накопителей энергии, обеспечивающие непрерывное питание нагрузки в случае выхода из строя источника питания на входе [«Системы бесперебойного питания» http://www.hited.ru].
Однако они не обеспечивают длительную автономную работу потребителей.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является система бесперебойного питания (RU, №2032975, Пр. 1991, 06.17, опублик. 17.02.2007 г.), состоящая из последовательно соединенных выпрямителя и инвертора, емкостного накопителя, включенного через быстродействующий ключ, зарядное устройство, при этом емкостный накопитель одним из выводов соединен через сопротивление с зарядным устройством, а через разделительный полупроводниковый прибор с выпрямителем, кроме того, в систему введен блок контроля параметров емкостного накопителя, соединенный с инвертором.
Однако эта система не обеспечивает стабильность параметров выходного напряжения (постоянного и переменного синусоидального).
Перед авторами стояла задача создания системы бесперебойного питания, которая обладает повышенной надежностью в работе и высокими эксплуатационными характеристиками.
Эта задача решена тем, что в системе бесперебойного питания, состоящей из источника постоянного тока, инвертора, выпрямителя и зарядного устройства, на входе установлено выпрямительно-зарядное устройство (ВЗУ), к выходу которого параллельно подключены аккумуляторная батарея большой емкости в качестве источника постоянного тока, а так же инвертор и введенные дополнительно конвертор-стабилизатор и соединенный с ними контроллер.
В качестве аккумуляторной батареи большой емкости используется никель-кадмиевые аккумуляторные батареи емкостью от 100 до 500 А·ч, имеющие срок службы 20 и более лет и наработку до 3-5 тысяч заряд-разрядных циклов. Облуживание таких батарей обычно проводится 1 раз в год.
Сущность изобретения состоит в том, что применение аккумуляторной батареи обеспечивает несколько часов автономной работы потребителей (3-10 часов - в зависимости от нагрузки), а т.к. аккумулятор работает в буферном режиме и всегда включен в питающую сеть, то в случае отключения питающего сетевого напряжения 220 (380) В аккумулятор мгновенно, без всякой задержки начинает работать на нагрузку (на потребителя).
Использование объединенного выпрямительно-зарядного устройства позволяет снизить массогабаритные характеристики.
Введение в систему конвертора-стабилизатора обеспечивает высокие эксплуатационные характеристики - стабильность выходного напряжения в процессе разряда аккумуляторной батареи ±1%. Инвертор обеспечивает стабильность выходного переменного, (синусоидального) напряжения ±5%.
Наличие контроллера позволяет осуществлять контроль работы ВЗУ, конвертора-стабилизатора, инвертора и аккумуляторной батареи и своевременно подать сигналы об авариях, что также повышает надежность работы и стабильность эксплуатационных характеристик, кроме того, контроллер управляет режимом работы ВЗУ.
Повышенная надежность достигается применением параллельно работающих ВЗУ и конвертора-стабилизатора в режиме «горячего» (постоянно включенного) резервирования.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена блок-схема предлагаемой системы бесперебойного питания.
Блок-схема системы бесперебойного питания содержит входную клемму 1, к которой подключено ВЗУ 2, к выходу ВЗУ подключены аккумуляторная батарея 6, инвертор 5 и конвертор-стабилизатор 4. К конвертору-стабилизатору постоянного тока 4 подключено распределительное устройство 7, подающее постоянный ток потребителям.
Выход инвертора переменного тока 5 подключен к распределительному устройству 8, подающему переменный ток потребителям.
Отрицательные полюса ВЗУ 2, инвертора 5, конвертора-стабилизатора 4 и аккумуляторной батареи 6 объединены. Контроллер 3 осуществляет контроль ВЗУ 2, конвертора-стабилизатора 4, инвертора 5, аккумуляторной батареи 6 и передает сигналы об авариях на верхний уровень (диспетчеру), а так же управляет режимом работы ВЗУ 2.
Работает система бесперебойного питания следующим образом.
При появлении сетевого напряжения (380 В 50 Гц) на выходных клеммах 1 включается ВЗУ 2, напряжение с выходного зажима ВЗУ 2 поступает на конвертор-стабилизатор 4, инвертор 5 и аккумуляторную батарею 6. Конвертор-стабилизатор 4 подает стабилизированное напряжение 24 В на распределительное устройство 7 и далее в нагрузки. Инвертор 5 подает переменное синусоидальное напряжение на распределительное устройство 8 и далее в нагрузки. Кроме того, контроллер 3 управляет режимом работы ВЗУ 2 и осуществляет контроль параметров ВЗУ 2, конвертора-стабилизатора 4, инвертора 5, аккумуляторной батареи 6, распределительных устройств 7, 8 и формирует аварийные сигналы для передачи на верхний уровень (диспетчеру). При пропадании напряжении на клеммах 1 работа всех (кроме ВЗУ 2) составных частей 3, 4, 5, 6, 7, 8 осуществляется от аккумуляторной батареи 6 без переключений, а значит и без переходных процессов.
Из вышесказанного видно, что предлагаемая система бесперебойного питания отличается высокой степенью надежности и обладает высокими эксплуатационно-техническими характеристиками.
В ООО НПП «ВНИКО» предлагаемая система бесперебойного питания была изготовлена и испытана, на нее разработаны технические условия.
На основании изложенного и проведенного патентно-информационного поиска, считаем, что предлагаемое нами решение отвечает критериям: новизна, промышленная применимость и изобретательский уровень и может быть защищена патентом Российской Федерации.