Трехфазный источник бесперебойного питания

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использована для обеспечения бесперебойного питания трехфазным переменным стабилизированным напряжением.
Основной задачей предлагаемого источника бесперебойного питания (ИБП) является формирование трехфазного синусоидального линейного стабильного напряжения 380 В при пропадании напряжения основной сети.
Рассмотрим наиболее близкие по структуре к предлагаемому устройству прототипы.
Известен ИБП [1], построенный по схеме с двойным преобразованием, содержащий на входе трехфазный тиристорный выпрямитель, регулирующий величину постоянного тока для зарядки аккумуляторных батарей. Конденсатор в цепи постоянного тока служит для уменьшения пульсаций напряжения на аккумуляторах. Это нужно для полной зарядки батареи без протекания через аккумуляторы вредных импульсных токов. К конденсатору может добавляться дроссель, образующий совместно с конденсатором индуктивно-емкостный фильтр. Коммутационный дроссель уменьшает импульсные токи, возникающие при открытии тиристоров, и служит для уменьшения искажений, вносимых выпрямителем в электрическую сеть. Для уменьшения искажений, вносимых в сеть, может применяться 12-импульсный выпрямитель. Может применяться транзисторный выпрямитель, регулируемый высокочастотной схемой широтно-импульсной модуляции. Трехфазное переменное напряжение на выходе формируется с помощью трехфазного транзисторного инвертора, также регулируемого высокочастотной схемой широтно-импульсной модуляции. Структурная схема подобного ИБП показана на фиг. 1.
Недостатком вышеописанного ИБП является низкий коэффициент полезного действия за счет потерь при двукратном преобразовании напряжения.
Известен ИБП [2], также построенный по схеме с двойным преобразованием, его структурная схема показана на фиг. 2. Данный ИБП содержит на входе трехфазный неуправляемый диодный выпрямитель, к выходу которого через тиристор подключена аккумуляторная батарея. Стабилизация напряжения осуществляется с помощью полумостового транзисторного инвертора с конденсаторной средней точкой. Трехфазное переменное напряжение на выходе формируется с помощью трехфазного транзисторного инвертора. Таким образом, осуществляется фактически тройное преобразование напряжения, что отрицательно сказывается на коэффициенте полезного действия. Кроме того, недостатками подобного варианта ИБП являются:
- неудовлетворительные массогабаритные показатели;
- отсутствие нейтрального провода, что при отсутствии трехфазного трансформатора лишает возможности использования фазного напряжения потребителями.
Рассмотрим состав и принцип работы предлагаемого устройства. Полезная модель поясняется следующими чертежами:
фиг. 3 - структурная схема;
фиг. 4 - электрическая схема предлагаемого устройства.
В состав устройства (фиг. 2) входит трехфазный инвертор на ключевых элементах 5 - 10, аккумуляторная батарея 1, дроссель 2, батарея на конденсаторах 3, 4, синус-фильтр 11, 4-полюсный контактор 12.
В качестве ключевых элементов могут быть использованы биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) или Mosfet со встроенными обратными диодами.
При отсутствии трехфазной сети контактор (12) должен быть разомкнут, поскольку выходное синусоидальное напряжение инвертора не синхронизировано с сетью. Сигналы управления на ключевые элементы (5 - 10) формируются высокочастотной схемой широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Для подержания стабильности и симметрии фазных напряжений коэффициент широтно-импульсной модуляции для каждой фазы регулируется отдельно друг от друга, то есть система работает как три независимых полумоста, но со сдвигом фаз 120°. Для формирования искусственной нулевой точки используются два последовательно соединенных конденсатора (3, 4), их емкость рассчитывается с учетом выходной мощности и максимально возможной несимметрии фаз. Синус-фильтр (11) необходим для фильтрации ШИМ-сигнала и получения синусоидального напряжения.
При наличии трехфазной сети контактор (12) замкнут, и если аккумуляторная батарея (1) разряжена, то производится ее заряд. В этом случае трехфазный инвертор на ключевых элементах 5 - 10 начинает работать в режиме активного выпрямителя со стабилизацией тока аккумуляторной батареи и коррекцией коэффициента мощности.
Предлагаемый вариант ИБП имеет следующие преимущества:
более высокий коэффициент полезного действия за счет однократного преобразования напряжения;
более простая схемная реализация, поскольку за основу берется один трехфазный транзисторный инвертор, нет необходимости дополнительно реализовывать звено для заряда аккумуляторной батареи;
получение на выходе синусоидальных напряжений с нулевым проводом;
возможность реализации коррекции коэффициента мощности в режиме заряда.
Источники информации.
1. А.А. Лопухин «Источники бесперебойного питания без секретов», глава 7 «Трехфазные ИБП».
http://www.stabrov.ru/A.A.Lopuhin%20Istochniki%20bespereboinogo%20pitaniia%20bez%20sekretov.pdf.
2. По материалам сайта http://grand-ts.ru/articles/statia5/.