СИСТЕМА БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

Полезная модель относится к области электротехники и может найти применение в электропитании ответственных потребителей.
Известна система бесперебойного электропитания по патенту РФ №2043686, МПК H 02 J 9/06, опубл. 10.09.95, БИ №25. Она содержит регулируемый и нерегулируемый источники переменного напряжения и потребитель переменного тока, один вывод которого подключен к общему нулевому зажиму этих источников, а другой его вывод связан через замыкающие контакты магнитных линейных контакторов и первичные обмотки силовых уравнительных трансформаторов с фазным выходом каждого источника. Вторичные обмотки силовых трансформаторов соединены встречно-параллельно. Кроме этого, известная система содержит шунтирующие контакты, ключи управления, четыре датчика напряжения, два двухпороговых коммутатора, два управляемых ключа, источники положительного и отрицательного смещения. Одни выводы катушек магнитных линейных контакторов подключены к общему нулевому зажиму источников, другие выводы этих катушек и один вывод катушек шунтирующих контакторов соединены через ключи управления с фазными выходами соответствующих источников. Другие выводы катушек шунтирующих контакторов через размыкающие контакты линейных контакторов другого источника соединены с общим нулевым зажимом. Замыкающие контакты шунтирующих контакторов подключены параллельно первичным обмоткам силовых уравнительных трансформаторов.
Регулируемый источник переменного напряжения системы электропитания по патенту РФ №2043686 состоит из первого источника ЭДС, регулятора выходного напряжения, первого элемента сравнения, датчика обратной связи по напряжению, регулируемого источника опорного напряжения, встроенного блока защиты и контактора защиты.
Нерегулируемый источник питания переменного напряжения по патенту РФ №2043686 содержит встроенные блок защиты и контактор защиты, второй источник ЭДС. Кроме этого, система содержит два пороговых элемента, нерегулируемый источник опорного напряжения, второй элемент сравнения, блок управления с тремя входами и двумя выходами, выполненный из D-триггера, двухходовых элементов И и ИЛИ, измерительные уравнительные трансформаторы, концы первичных обмоток
которых подключены соответственно к фазному выходу регулируемого источника переменного напряжения и измерительному выходу нерегулируемого источника, а их вторичные обмотки соединены встречно-параллельно. В регулируемом источнике переменного напряжения выход регулятора выходного напряжения является фазным выходом и подключен ко входу датчика обратной связи по напряжению, выход которого соединен с инверсным входом первого элемента сравнения. Прямой вход первого элемента сравнения соединен с выходом регулируемого источника опорного напряжения, а выход - с управляющим входом регулятора выходного напряжения. Вход регулируемого источника опорного напряжения является регулирующим входом регулируемого источника переменного напряжения, а сигнальный выход встроенного блока защиты является сигнальным выходом защиты регулируемого источника переменного напряжения. Второй выход блока защиты соединен с управляющим входом контактора, расположенным между первым источником ЭДС и регулятором выходного напряжения.
Вход первого датчика напряжения подключен к выводам потребителя переменного тока, а его выход соединен с прямым входом второго элемента сравнения, инверсный вход которого соединен с выходом нерегулируемого источника опорного напряжения.
Вход второго датчика напряжения подключен к выходу регулируемого источника переменного напряжения, а выход связан через пороговый элемент с первым входом блока управления.
Входы третьего датчика напряжения подключены к объединенным началам первичных обмоток измерительных уравнительных трансформаторов и к общему нулевому зажиму. Выход этого датчика напряжения через второй пороговый элемент связан со вторым входом блока управления. К третьему входу блока управления подключен сигнальный выход защиты регулируемого источника переменного напряжения. Два выхода блока управления соединены соответственно с управляющими входами ключей управления нерегулируемого и регулируемого источников переменного напряжения.
Входы четвертого датчика напряжения подключены к измерительному выходу нерегулируемого источника переменного напряжения, а выход четвертого датчика соединен с объединенными входами двухпороговых компараторов, выходы которых подключены соответственно к управляющим входам первого и второго управляемых
ключей. Кроме этого, вход первого управляемого ключа соединен с источником положительного смещения а вход второго - с источником отрицательного смещения. Регулирующий вход регулируемого источника переменного напряжения подключен к выходу второго элемента сравнения и объединенным выходам управляемых ключей.
Эта известная система обеспечивает бесперебойное электропитание потребителей переменного тока при отклонении напряжения основного нерегулируемого источника не превышающем утроенного допустимого отклонения напряжения для этих потребителей. Однако она не учитывает скорость изменения аварийного режима в переходных процессах, что отрицательно сказывается на надежности системы электропитания и качестве электрической энергии в аварийных режимах.
Этот недостаток устранен в системе бесперебойного электропитания по патенту РФ на изобретение №2212747, МПК H 02 J 9/06, опубл. 20.09.2003, бюл. №26, которая является наиболее близкой к заявляемой полезной модели и принята за прототип.
Система бесперебойного электропитания по патенту на изобретение №2212747 содержит регулируемый и нерегулируемый источники переменного напряжения, имеющие общий нулевой зажим, предназначенный для подключения одного вывода потребителя переменного тока. Другой вывод потребителя переменного тока предназначен для подключения к фазному выходу каждого из источников через замыкающие контакты магнитных линейных контакторов, а также через первичные обмотки силовых уравнительных трансформаторов, вторичные обмотки которых соединены встречно-параллельно.
Регулируемый источник переменного напряжения содержит регулятор выходного напряжения, элемент сравнения, датчик обратной связи по напряжению, регулятор опорного напряжения, встроенные блок защиты и контактор. Вход регулятора опорного напряжения является регулирующим входом регулируемого источника переменного напряжения, а его выход соединен с прямым входом элемента сравнения, причем выход регулятора выходного напряжения, являющийся фазным выходом регулируемого источника переменного напряжения, соединен с входом датчика обратной связи по напряжению, выход которого подключен к инверсному входу элемента сравнения, выход последнего - к управляющему входу регулятора выходного напряжения, кроме того система включает дополнительные уравнительные
трансформаторы, четыре датчика напряжения, коммутатор аналоговых сигналов и блок сравнения, включающий аналогово-цифровой преобразователь, микропроцессорный контроллер и цифроаналоговый преобразователь. Вход первого датчика напряжения подключен к выходу регулируемого источника переменного напряжения, вход второго датчика напряжения подключен к выводу потребителя переменного тока, вход третьего датчика напряжения - к объединенным началам первичных обмоток дополнительных уравнительных трансформаторов и к общему нулевому зажиму, вход четвертого датчика напряжения подключен к выходу нерегулируемого источника переменного напряжения. Выходы датчиков напряжения связаны со входами коммутатора аналоговых сигналов, выход которого соединен с аналогово-цифровым преобразователем.
Задача полезной модели - упростить известную схему системы бесперебойного электропитания и одновременно с этим обеспечить, как и в прототипе, надежное электропитание потребителю.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в обеспечении стабильности напряжения у потребителя в заданных пределах при изменении входного напряжения в 2-3 раза больше, чем допустимое отклонение напряжения у потребителя в номинальном режиме.
Общим с прототипом является то, что заявляемая система бесперебойного электропитания содержит регулируемый и нерегулируемый источники переменного напряжения, имеющие общий нулевой зажим, предназначенный для подключения одного вывода потребителя переменного тока, другой вывод которого предназначен для подключения к фазному выходу каждого из источников через первичные обмотки силовых уравнительных трансформаторов, вторичные обмотки которых соединены встречно-параллельно. Как и в прототипе регулируемый источник переменного напряжения содержит регулятор выходного напряжения, элемент сравнения, датчик обратной связи по напряжению и регулятор опорного напряжения, вход которого является регулирующим входом регулируемого источника переменного напряжения, а его выход соединен с прямым входом элемента сравнения, причем выход регулятора выходного напряжения, являющийся фазным выходом регулируемого источника переменного напряжения, соединен с входом датчика обратной связи по напряжению, выход которого подключен к инверсному входу элемента сравнения, а выход последнего - к управляющему входу регулятора выходного напряжения. Система
включает также датчик напряжения, подключенный к выводу потребителя переменного тока, и блок сравнения.
Заявляемая в качестве полезной модели система бесперебойного электропитания отличается от известной тем, что она дополнительно содержит источник нерегулируемого опорного напряжения, выход которого соединен с инверсным входом блока сравнения, а выход блока сравнения соединен с входом регулятора опорного напряжения, причем выход датчика напряжения непосредственно связан с блоком сравнения.
Отличия от прототипа подтверждают новизну заявляемой полезной модели.
Поскольку датчик напряжения своим входом связан с выводом потребителя, а выходом - с блоком сравнения, вход которого в свою очередь соединен с выходом нерегулируемого источника опорного напряжения, а выход связан с регулируемым источником переменного напряжения, то это дает возможность сравнить значение напряжения на входе потребителя переменного тока с напряжением нерегулируемого источника опорного напряжения и регулировать напряжение на выходе регулируемого источника переменного напряжения при изменении напряжения на входе потребителя выше допустимых отклонений. Тем самым обеспечить более простой схемой надежное электропитание для потребителя.
На чертеже изображена схема заявляемой системы бесперебойного электропитания.
Система бесперебойного электропитания содержит регулируемый 1 и нерегулируемый 2 источники переменного напряжения, имеющие общий нулевой зажим, предназначенный для подключения одного вывода потребителя переменного тока 3, Другой вывод потребителя 3 предназначен для подключения к фазному выходу каждого из источников 1, 2 через первичные обмотки силовых уравнительных трансформаторов 4, 5. Вторичные обмотки трансформаторов 4, 5 соединены встречно и параллельно. Регулируемый источник переменного напряжения 1 включает в себя регулятор выходного напряжения 6, элемент сравнения 7, датчик обратной связи по напряжению 8 регулятор опорного напряжения 9, вход которого является регулирующим входом регулируемого источника переменного напряжения 1, а выход соединен с прямым входом элемента сравнения 7. Выход регулятора выходного напряжения 6 является фазным выходом регулируемого источника переменного напряжения 1 и соединен со входом датчика обратной связи по напряжению 8, выход
которого подключен к инверсному входу элемента сравнения 7. Выход элемента сравнения 7 соединен с управляющим входом регулятора выходного напряжения 6. Система бесперебойного электропитания содержит также источник нерегулируемого опорного напряжения 10, датчик напряжения 11 и блок сравнения 12. Вход датчика напряжения 11 подключен к выводу потребителя переменного тока 3, а его выход соединен с прямым входом блока сравнения 12, к инверсному входу которого подключен источник нерегулируемого опорного напряжения 10. Выход блока сравнения 12 соединен со входом регулятора опорного напряжения 9.
Система бесперебойного электропитания работает следующим образом.
В номинальном режиме напряжение регулируемого и нерегулируемого источников переменного напряжения 1, 2 равны номинальному, и от этих источников 1, 2 потребляется одинаковый ток. Поэтому ампер-витки уравнительных трансформаторов 4, 5 равны между собой и компенсируются за счет встречного включения вторичных обмоток, осуществляющих электрическую связь между уравнительными трансформаторами 4, 5. Если повысится напряжение нерегулируемого источника переменного напряжения 2, изменится соотношение токов, потребляемых от источников переменного напряжения 1, 2, суммарные ампер-витки уравнительных трансформаторов 4, 5 станут отличны от нуля, и на их обмотках появится напряжение разбаланса, определяемое разностным током вторичных обмоток, которое вычитается из напряжения нерегулируемого источника переменного напряжения 2 и складывается с напряжением регулируемого источника переменного напряжения 1. Напряжение у потребителя переменного тока 3 равно полусумме напряжений нерегулируемого источника переменного напряжения 2 и регулируемого источника переменного напряжения 1. Поэтому оно повышается на величину, равную половине отклонений напряжений нерегулируемого источника переменного напряжения 2 от номинальных значений. Напряжение от потребителя переменного тока 3 поступает на датчик напряжения 11, которое сравнивается в блоке сравнения 12 с напряжением нерегулируемого источника опорного напряжения 10. Напряжение рассогласования поступает на вход регулятора опорного напряжения 9 и изменяет его напряжение на выходе. На выходе датчика обратной связи 8 напряжение было равно заданному, а напряжение на выходе регулятора опорного напряжения уменьшилось. Поэтому на выходе элемента сравнения 7 возникает сигнал рассогласования, который воздействует на регулятор выходного напряжения 6, уменьшая его выходное напряжение, а
следовательно выходное напряжение регулируемого источника переменного напряжения 1, до тех пор, пока напряжение на нагрузке (то есть у потребителя 3) не станет равным номинальному с заданной точностью.
При уменьшении выходного напряжения нерегулируемого источника переменного напряжения 2 процессы регулирования напряжения протекают аналогично, но при этом выходное напряжение регулируемого источника переменного напряжения 1 повышается.
n
Для регулируемого источника переменного напряжения 1 границами допустимой зоны изменения выходного напряжения будет ±ΔU, для нерегулируемого - ±3ΔU, так как при изменении напряжения нерегулируемого источника переменного напряжения 2 до напряжения Un±3ΔU, а регулируемого до U±ΔU, напряжение у потребителя не будет превышать заданное номинальное значение напряжения на величину допустимого отклонения и будет равно соответственно формуле:
, где
U - напряжение у потребителя;
n
U - номинальное значение напряжения;
ΔU - допустимое отклонение напряжения на входе потребителя.
Таким образом, при изменениях выходного напряжения нерегулируемого источника переменного напряжения 2, не превышающих ±3ΔU, где ΔU - допустимое отклонение напряжения на входе потребителя 3, последний всегда получает питание от параллельно включенных источников переменного напряжения 1, 2, что обеспечивает надежное электропитание потребителю.