ИСТОЧНИК БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ С ОДИНОЧНЫМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ

Представленная полезная модель относится к области электротехники и более конкретно к области систем бесперебойного питания переменного тока, в которых источник бесперебойного питания (ИБП) при пропадании напряжения питающей сети переменного тока производит питание ответственных потребителей переменного тока путем преобразования электроэнергии постоянного тока, запасенную в накопителе (например, в аккумуляторной батарее (АКБ)) в энергию переменного тока. При нормальной работе основной сети переменного тока ИБП производит заряд АКБ, а затем поддерживает необходимое напряжение на ней путем выпрямления напряжения, подаваемого от основной сети.
Известен ИБП с двойным преобразованием [1], содержащий выпрямитель, АКБ и инвертор (Фиг.1). Сетевое переменное напряжение преобразуется выпрямителем в постоянное, которое питает инвертор и АКБ, в свою очередь инвертор преобразует постоянное напряжение в переменное для питания потребителей. При пропадании входного напряжения питающей сети, инвертор отбирает энергию от батарей.
Недостатками такого ИБП с двойным преобразованием является: высокая сложность, сравнительно большие массогабаритные показатели и стоимость устройства; необходимость использования входного фильтра THD для увеличения коэффициента мощности; высокие энергетические потери в нормальном режиме работы из-за двойного преобразования напряжения; невысокий КПД (у лучших образцов ИБП большой мощности КПД не превышает 93%). ИБП этого типа экономически целесообразно использовать в случаях с нестабильной частотой и напряжением сети, например при питании от дизель-генератора.
Наиболее близким техническим решением к изобретению является ИБП с одиночным преобразованием [II] (Фиг.2). В цепь между питающей сетью и нагрузкой включен дроссель, к выходу которого подключен инвертор. Инвертор в данной схеме является реверсивным и способен преобразовывать постоянное напряжение в переменное и наоборот.
Недостатками такого ИБП с одиночным преобразованием являются: низкое значение входного коэффициента мощности (cosφ≈0,6), при этом он меняется при изменении, как напряжения сети, так и характера нагрузки; большое потребление реактивных токов ИБП при малых нагрузках, соизмеримые с номинальным током установки.
Задача полезной модели обеспечить бесперебойное электропитание потребителей при высоком КПД, надежности, малых массогабаритных показателях и при этом не ухудшать качество электроэнергии при работе ИБП.
Поставленная задача достигается тем, что в устройство бесперебойного питания, содержащее контактор, входной сетевой дроссель, реверсивный инвертор, АКБ введены синус фильтр, преобразующий переменное с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) напряжение в синусоидальное при питании от АКБ, а также устраняющий помехи, идущие в сеть от инвертора при питании от сети для преобразования переменного ШИМ напряжения в синусоидальное при питании от АКБ, а также для устранения помех идущих в сеть от инвертора при питании от сети, выходом подключенный к нагрузке и к питающей сети, а входом и трехфазному автономному инвертору напряжения, согласующий преобразователь, состоящий из дросселя, полумоста и емкости и подключенный входом к АКБ, а выходом к входу инвертора, обеспечивающий оптимальный заряд АКБ и стабилизацию напряжения на входе инвертора при работе от АКБ, а также тем, что входной сетевой дроссель отсутствует, тем самым уменьшается входная индуктивная составляющая ИБП.
Предлагаемый источник бесперебойного питания (Фиг.3) состоит из аккумуляторной батареи 1, подключенной к согласующему преобразователю, состоящего из реактора 2 и полумоста 3, на IGBT модулях со встроенными обратно включенными диодами, входные силовые клеммы полумоста подключены к емкости 4 и к входным клеммам автономного инвертора напряжения выполненного по схеме трехфазного моста на IGBT модулях 5, 6, 7 со встроенным обратно включенными диодами, выход инвертора через синус фильтр 8 соединен с нагрузкой (потребителями), и с питающей сетью через контактор 9, сигналы управления на затворы IGBT модулей подаются с микропроцессорной системы 10.
ИБП работает следующим образом: при питании от сети контактор 9 замкнут, а нагрузка (потребители) и преобразователь оказываются подключенными к питающей сети. В этом режиме IGBT модули 5, 6, 7 находятся в закрытом состоянии, и схема трехфазного инвертора представляет собой трехфазный выпрямительный мост, напряжение с которого подается на конденсатор 4 и согласующий преобразователь, в таком режиме последний представляет собой понижающий преобразователь и используется для поддержания необходимого заряда батареи 1, стабилизируя ток и напряжение согласно программе микропроцессорной системы управления 10 (МСУ), при этом для поддержания вышеуказанных параметров используется верхний модуль полумоста 3, а нижний постоянно находится в закрытом состоянии.
При пропадании сети входной контактор 9 отсекает питающую сеть, а ИБП переходит в режим работы от аккумуляторной батареи 1, при этом напряжение батареи 1 попадает на согласующий преобразователь, который в этом режиме представляет собой повышающий преобразователь и стабилизирует напряжение на входе инвертора 5, 6, 7, при этом верхний модуль полумоста 3 находится в закрытом состоянии, а нижний используется для поддержания необходимых параметров. Автономный инвертор напряжения 5, 6, 7, управляемый МСУ 10, создает на выходе трехфазное переменное напряжение, которое, пройдя через синус фильтр 8, принимает синусоидальную форму и поступает на нагрузку (потребителей).
Применение данного типа ИБП позволяет обеспечить нагрузку качественным бесперебойным питанием, свести к нулю высокочастотные гармоники, от преобразователя выдаваемые в питающую сеть, значительно увеличить КПД, увеличить коэффициент мощности до значений близких к 1, а также минимизировать массогабаритные показатели ИБП.
Источники информации:
1. http://electromaster.ru/article.php?storyid=365
«Типы источников бесперебойного питания и их структура»
2. Лопухин А.А. Источники бесперебойного питания без секретов; Воробьев А. Классификация ИБП // Журнал сетевых решений/LAN, №10, 2003