УСТРОЙСТВО ГАРАНТИРОВАННОГО ПИТАНИЯ
GUARANTEED POWER SUPPLY UNIT

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве установки гарантированного питания переменным током трехфазных потребителей, недопускающих перерыва в электроснабжении.
Известна установка гарантированного питания, содержащая трехфазную сеть, выпрямитель, автомат включения резерва, аккумуляторную батарею, коммутатор тока, электромашинный агрегат, содержащий синхронный генератор и двигатель постоянного тока, объединенные общим валом и трехфазные потребители, причем автомат включения резерва содержит замкнутый контактор, подключенный к трехфазной сети и разомкнутый контактор, подключенный к синхронному генератору, выпрямитель подключен входом к указанной сети, а выходом к аккумуляторной батарее непосредственно и к двигателю постоянного тока через коммутатор тока, при этом выходы замкнутого и разомкнутого контура соединены и к точкам их соединения подключены трехфазные потребители [1]. Данная установка имеет простую схему, работоспособна в любом диапазоне мощностей, имеет сравнительно невысокую стоимость и обеспечивает потребителей электроэнергией заданного качества, причем она обладает увеличенным временем непрерывной работы при отсутствии напряжения сети за счет непрерывного подзаряда аккумуляторной батареи от выпрямителя. Однако, несмотря на то, что установка работоспособна в двух режимах: при наличии напряжения сети и при пропадании напряжения сети, ее основной недостаток - значительный перерыв в электроснабжении потребителей во время перехода от сети на аккумуляторную батарею, составляющий 2…3 с. Введение в электромашинный агрегат установки трехфазного асинхронного двигателя, подключаемого к трехфазной сети с помощью пускателя, обеспечивает уменьшение перерыва в электроснабжении потребителей до 0,3…0,5 с., что составляет от 15 до 20 периодов промышленной частоты, что для большинства ответственных потребителей автономных объектов недопустимо.
Техническим результатом изобретения является снижения перерыва в электроснабжении потребителей при переходе от сети к аккумуляторной батарее.
Поставленный технический результат достигается тем, что в установке гарантированного питания, содержащей трехфазную сеть, пускатель, автомат включения резерва, содержащий замыкающий контактор и размыкающий контактор, выпрямитель, аккумуляторную батарею, коммутатор тока, электромашинный агрегат, содержащий первый двигатель, второй двигатель и синхронный генератор, объединенные общим валом, и трехфазные потребители, причем пускатель подключен к трехфазной сети, выход замыкающего контактора автомата включения резерва соединен с выходом размыкающего контактора автомата включения резерва, вход выпрямителя соединен с трехфазной сетью через пускатель, а его первый выход подключен к аккумуляторной батарее непосредственно и к второму двигателю через коммутатор тока, трехфазные потребители соединены с трехфазной сетью через размыкающий контактор указанного автомата, замыкающие и размыкающие контакторы автомата включения резерва выполнены на трех тиристорных коммутирующих элементах с встречно-параллельными включенными тиристорами; в автомат включения резерва введено трехфазное реле контроля напряжения, подключенное к трехфазной сети и содержащее три размыкающих контакта, управляющих работой тиристоров размыкающего контактора и три замыкающих контакта, управляющих работой тиристоров замыкающего контактора, при этом указанные тиристорные коммутирующие элементы замыкающего и размыкающего контакторов автомата включения резерва выполнены по идентичным схемам и каждый из них содержит три соединенные параллельно ветви, причем первая ветвь образована цепью: узел входа, анод тиристора прямого включения, катод тиристора, узел выхода; вторая ветвь образована цепью: узел входа, анод диода прямого включения, катод указанного диода, соответствующий контакт трехфазного реле контроля напряжения, резистор, катод диода обратного включения, анод указанного диода узел выхода, причем управляющий электрод тиристора первой ветви соединен с катодом диода обратного включения второй ветви; третья ветвь образована цепью: узел выхода, причем управляющий электрод тиристора третьей ветви соединен с катодом диода прямого включения второй ветви; выпрямитель установлен между пускателем и первым двигателем и снабжен двумя раздельными выходами, первый из которых подключен к аккумуляторной батареи, а второй - соединен с первым двигателем; коммутатор тока выполнены на диоде и установлен в плюсовом проводе аккумуляторной батареи, при этом катод указанного диода соединен с плюсовым проводом второго выхода выпрямителя; первый и второй двигатели электромашинного аппарата выполнены вентильными, а синхронный генератор выполнен с постоянными магнитами.
На фиг.1 представлена структурная схема установки гарантированного питания. На фиг.2 показана принципиальная электрическая схема автомата включения резерва.
Установка гарантированного питания содержит (фиг.1) трехфазную сеть 1, пускатель 2, аккумуляторную батарею 3, выпрямитель 4,снабженный входом 4-1, первым выходом 4-2 и вторым выходом 4-3, автомат включения резерва 5, содержащий тиристорный замыкающий контактор 6, снабженный входом 6-1 и выходом 6-2, размыкающий контактор 7, снабженный входом 7-1 и выходом 7-2, потребители 8, коммутатор тока 9 и электромашинный агрегат 10, содержащий первый вентильный двигатель 11, второй вентильный двигатель 12 и синхронный генератор 13, объединенные общим валом, причем трехфазная сеть 1, пускатель 2, выпрямитель 4 и первый вентильный двигатель 11 соединены последовательно, при этом вход выпрямителя 4 подключен к пускателю 2, а второй выход 4-3 выпрямителя 4 соединен с первым и вторыми вентильными двигателями 11 и 12 электромашинного агрегата 10; аккумуляторная батарея 3 подключена ко второму вентильному двигателю 12 через коммутатор тока 9, установленным в плюсовой провод указанной батареи; вход 6-1 замыкающего контактора 6 автомата включения резерва 5 соединен с трехфазной сетью 1, выход 6-2 замыкающего контактора 6 указанного автомата соединен с потребителями 8 и выходом 7-2 размыкающего контактора 7 автомата включения резерва 5, вход 7-1 которого подключен к синхронному генератору 13 электромашинного агрегата 10.
Автомат включения резерва 5 (фиг.2) помимо замыкающего 6 и размыкающего 7 тиристорных контакторов содержит трехфазное реле контроля напряжения 14 подключенное к трехфазной сети 1 и содержащее три замыкающих контакта 14-4, 14-5, 14-6 (по числу фаз), управляющих работой тиристорных коммутирующих элементов замыкающего контактора 6 и три размыкающих контакта 14-1, 14-2 и 14-3, управляющих работой тиристорных коммутирующих элементов размыкающего контактора 7. Схемы тиристорных коммутирующих элементов обоих контакторов идентичны, при этом каждый тиристорный коммутирующий элемент содержит три параллельные ветви замкнутые между собой на входе (узел входа) и выхода элемента (узел выхода), так для фазы А замыкающего контактора 6 первая ветвь образована цепью: узел входа 6-9, анод диода прямого включения 6-7, катод диода, замыкающий контакт 14-4 трехфазного реле контроля напряжения 14, резистор 6-6, катод диода обратного включения 6-5, анод диода, узел выхода 6-4, при этом управляющий электрод тиристора 6-3 первой ветви соединен с катодом диода 6-5 обратного включения второй ветви; третья ветвь образована цепью: узел входа 6-9, катод тиристора обратного включения 6-8, анод тиристора, узел выхода 6-4, при этом управляющий электрод тиристора 6-8 третьей ветви соединен с катодом диода 6-7 прямого включения второй ветви; для той же фазы разомкнутого контактора 7 первая ветвь образована цепью: узел выхода 7-9, анод тиристора прямого включения 7-3, катод тиристора, узел входа 7-4; вторая ветвь образована цепью: узел выхода 7-9, анод диода прямого включения 7-7, размыкающий контакт 14-1 трехфазного реле контроля напряжения 14, резистор 7-6, катод диода обратного включения 7-5, анод диода, узел входа 7-4, при этом управляющий электрод тиристора 7-3 первой ветви соединен с катодом диода обратного включения 7-5 второй ветви; третья ветвь образована цепью: узел входа 7-9, катод тиристора обратного включения 7-8, анод тиристора, узел входа 7-4, при этом управляющий электрод тиристора 7-8 соединен с катодом диода прямого включения 7-7 второй ветви; причем выходы трех тиристорных коммутирующих элементов замыкающего контактора 6 образует его вход 6-1, а выходы указанных элементов образуют выход 6-2 замыкающего контактора 6; входы трех тиристорных коммутирующих элементов размыкающего контактора 7 образуют его вход 7-1, а выходы указанных элементов образуют выход 7-2 размыкающего контактора 7. Механизм работы каждого тиристорного коммутирующего элемента идентичен, причем импульсы управления формируются из анодных напряжений тиристоров. Если на аноде тиристора 6-3 положительная полуволна на напряжения, то при замыкании контакта 14-4 через диод 6-7 и резистор 6-6 пройдет импульс тока управления тиристором 6-3. В результате тиристор 6-3 включится, анодное напряжение упадет до нуля, сигнал управления исчезнет, но тиристор 6-3 остается в проводящем состоянии до конца полупериода, пока анодный ток не пройдет через нуль. В другой полупериод, при противоположной полярности напряжения сети, аналогично включается тиристор 6-8 и пока контакт 14-4 будет замкнут, тиристоры каждого элемента замыкающего контактора 6 будут автоматически поочередно включаться, обеспечивая прохождения тока от трехфазной сети 1 к трехфазным потребителям 8.
Установка работает следующим образом. В основном режиме (при наличии напряжения сети) при включении пускателя 2 трехфазное напряжение сети 1 подается на вход 4-1 выпрямителя 4, где оно преобразуется в постоянное напряжение заданной величины. Постоянное напряжение выпрямителя 4 указанной полярности с выхода 4-3 подается на первый вентильный двигатель 11 электромашинного агрегата 10 и данный двигатель приходит в движение, вращая общий вал (не обозначен), а с выхода 4-2 выпрямителя 4 оно поступает на выход (не обозначен) аккумуляторной батареи 3 для подзаряда. Поскольку катод коммутатора тока 9 имеет более высокий потенциал, то батарея 3 находиться в режиме подзаряда. Кроме того напряжение сети 1 поступает на вход 6-1 замыкающего контура 6 автомата включения резерва 5 (фиг.2) при этом срабатывает трехфазное реле контроля напряжения 14 замыкает контакты 14-4, 14-5 и 14-6 и напряжение сети 1 поступает на вход трехфазных потребителей 8. Ввиду того, что первый вентильный двигатель 11 электромашинного агрегата 10 вращается, то синхронный генератор 13 указанного агрегата 10 работает на холостом ходу и его напряжение поступает только на вход 7-1 размыкающего контактора 7 автомата включения резерва 5, так как контакты 14-1, 14-2 и 14-3 трехфазного реле контроля напряжения 14 размыкаются при его срабатывании. Данный механизм функционирования установки гарантированного питания осуществляется постоянно пока имеется напряжение в трехфазной сети 1 или каждый раз, как только оно появляется после пропадания. В резервном режиме при отсутствии напряжения сети 1 пускатель 2 выключается и напряжение на выпрямитель 4 не поступает, в результате чего первый вентильный двигатель 11 электромашинного агрегата 10 останавливается, а подзаряд аккумуляторной батареи 3 прекращается. Отсутствие напряжения на втором выходе 4-3 выпрямителя 4 приводит к понижению потенциала на катоде коммутатора тока 9, он открывается, и батарея 3 начинает разряжаться на второй вентильный двигатель 12 электромашинного агрегата 10; указанный двигатель вращает общий вал в ту же сторону, что и первый вентильный двигатель 11 указанного агрегата. Синхронный генератор 13 продолжает вырабатывать электроэнергию и напряжение с входа 7-1 размыкающего контактора 7 автомата включения резерва 5 поступает на выход 7-2 указанного контактора, откуда оно подается на трехфазные потребители, поскольку при отсутствии напряжения сети 1 трехфазное реле контроля напряжения 14 отпускает и его контакты 14-1, 14-2 и 14-3 замыкаются, а контакты 14-4, 14-5 и 14-6 размыкаются. Данный режим функционирования установки гарантированного питания осуществляется каждый раз при пропадании напряжения сети. Переход из основного режима в резервный определятся временем срабатывания коммутатора тока 9, которое составляет десятки мкс, и временем срабатывания и отпускания трехфазного реле контроля напряжения, которое составляет единицы мс, поскольку реле является сигнальным (1…5 мс).
2
Таким образом, перерыв в электроснабжении трехфазных потребителей при переходе от основного источника (трехфазной сети) к резервному источнику (синхронному генератору электромашинного агрегата) сокращается более чем на порядок. Кроме того, применение вентильных двигателей с КПД η=0,92…0,94 и синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов с КПД η=0,95…0,96 позволяет значительно повысить КПД электромашинного агрегата: при двухмашинном агрегате (вентильный двигатель - синхронный генератор с постоянными магнитами) η=0,87; при трехмашинном агрегате (вентильный двигатель, синхронный генератор с постоянными магнитами, вентильный двигатель) η=0,8, что превышает КПД известных агрегатов от 10 до 17%. Кроме того схема установки гарантированного питания позволяет за счет незначительных изменений исключать указанный перерыв полностью и значительно повысить надежность ее электромашинного агрегата по сравнению с надежностью известных агрегатов.
Источники, принятые во внимание:
[1]. Казаринов И.А. Проектирование электропитающих установок предприятий проводной связи. М., Связь, 1976, стр.81, рис.3.1, а