Агрегат бесперебойного питания

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН И 9) (Ш д 0219 НИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬПИЯМПРИ ГННТ СССР(71) Специальное проектно-конструкторское и технологическое бюро полпроводниковой техники(56) Ковалев Ф,И. и др, Однофазныеагрегаты бесперебойного питания наоснове транзисторных инверторов,Электротехническая промышленность.Преобразовательная техника, 1984,й 6, (164), 6-3.(57) Изобретение относится к электр технике, а именно к источникам бесперебойного электропитания, и может быть использовано в системах электр снабжения потребителей, не допускаю щих перерыва питания. Цель изобрете ния - сокращение количества силовог оборудования за счет использования силового коммутатора для заряда и подзаряда аккумуляторной батареи,улучшение массогабаритных показателей, повышение КПД, а также снижение потребляемой от источника переменног напряжения реактивной мощности и уменьшение искажений формы напряжени источника. Агрегат бесперебойного питания выполнен на основе импульсномодулированного обратимого статического преобразователя (коммутатора)11, который при нормальных параметрахисточника 1 переменного напряженияработает как выпрямитель и осуществляет заряд или подзаряд аккумуляторной батареи (АБ) 2, а при аварии источника 1 автоматически переходит врежим инвертирования и поддерживаетнепрерывным питание нагрузки 9. Приэтом коммутатор 11 в режиме выпрямителя потребляет от источника 1 синусоидальный ток, а в режиме инвертора формирует на нагрузке 9 синусоидальное стабилизированное напряжение.В переходных режимах благодаря наличию блока 20 синхронизации отсутствуют броски токаВ режиме выпрямителякоэффициент мощности коммутатора 11близок к единице. 2 з.п. Ф-лы, 3 ил.Изобретение относигя к электротехнике, а именно к исочникам бесПеребойного элекл оопитания, и можетбыть использовано в системах энергоснабжения потребителей переменноготока, не допускающих перерыва питания.Цель изобре 1 ения - сокращение количества силового оборудования засчет использования силового коммутатора и согласующего трансформаторадля заряда и подзаряда аккумуляторниой батареи, улучшение массогабаритйых показателей, повышение КПД, атакже снижение потребляемой от источника переменного напряжения реактивной мощности и уменьшение искаженийФормы напряжения источника,На Фиг, 1 представлены два варианта Функциональной схемы агрегата бесПеребойного питания (штриховыми линиями обознацены дополнительные элементы и связи, относящиеся к второмуварианту Функциональной схемы); нафиг. 2 и 3 - примеры реализации отдельных блоков агрегата.В первом варианте исполнения агрегат (Фиг, 1) содержит источник 1переменного тока (сеть) и аккумуляторную батарею (АБ) 2, к клеммам которых подключены входы блоков 3 иконтроля напряжения сети и АБ соответственно,Выход блока 4 соединен с управляющим входом первого переключателя 5.Выход блока 3 соединен с управляющими входами второго переключателя 6, прерывателя 7 синхросигнала и быстродействующего контактора 8. Последний силовыми контактами включен последовательно между источником 1 и нагрузкой 9, к которой подключен вход орга а О измерения напряжения, Вывод еременного тока силового коммутатра 11 соединен через согласующийтрансформатор 12 и первый датчик 13тока с нагрузкой 9. Вывод постоянного тока коммутатора 11 через силовую цепь второго датчика 14 тока соединен с кемой АБ 2. Выход с датчика 14 соединен с первым входом первой схемы 15 сравнения среднего тока АБ. Второй вход этой схемы соединен с выходом источника О. опорного сигнала задания среднего тока АБ. Выходсхемы 15 сравнения соединен с первымвходом переключателя 5, второй входкоторого соединен с выходом второй50 55 второй - с выходом схемы 26 умножения, первый вход которой соединен с выходом датчика 13 тока, а второй с клеммой источника 1Агрегат работает следующим образом.Предположим, что АБ 2 имеет некоторый заряд, достаточный для обеспечения всех элементов и блоков агрегасхемы 16 сравнения напряжения АБ 2.Первый вход схемы 16 соединен с клеммой АБ 2, а второй вход соединен свыходом источника опорного сигналазадания напряжения АБ. Выход переключателя 5 соединен с входом усилителя-Фильтра 17, выход которого соединен с первым входом первой схемы 18умножения, второй вход которой соединен с выходом генератора 19 синусоидального опорного напряжения. Входэтого генератора соединен с выходомблока 20 синхронизации, вход которогочерез прерыватель 7 соединяется склеммой источника 1. Выход схемы 18умножения соединен с первым входомтретьей схемы 21 сравнения тока сети,второй вход которой соединен с выходом датцика 13 тока. Выход генератора19 соединен также с первым входомчетвертой схемы 22 сравнения напряжения нагрузки, второй вход которогосоединен с выходом органа 10 измерения напряжения. Выходы схемы 21 и 22соединены с соответствующими входамипереключателя 6, выход которого соединен с входом сравнивающего усилителя 23, выход которого соединен с управляющим входом блока 24 управленияс широтно-импульсной модуляцией(ШИМ). Выходы блока 24 соединены суправляющими входами вентилей коммутатора 1.Второй вариант исполнения агрегата отличается от первого отсутствиемдатчика 14 тока для измерения среднего тока АБ и его связи со схемой 15сравнения, а также наличием двух дополнительных схем: схемы 25 деленияи второй схемы 26 умножения. Дополнительные элементы и связи второго варианта исполнения агрегата на схемеФиг. 1 показаны штриховыми линиями,При этом первый вход схемы 15 сравнения соединенный в первом вариантеисполнения с выходом датчика 14 тока,во втором варианте соединен с выходом схемы 25 деления, первый входкоторой соединен с клеммой АБ 2, ата оперативным питанием, а напряжение источника 1 подано на соответствующие клеммы агрегата. В этих, достаточных для Функционирования агрегата, условиях блок 4 выдает сигнална замыкание соответствующих данному состоянию АБ 2 контактов переключателя 5, а блок 3 контролирует напряжение источника 1 и при нормальныхзначениях напряжения на его выходевырабатывает сигнал на включениеконтактора 8, прерывателя 7 и перевод агрегата в выпрямительный режимпосредством замыкания соответствующих контактов переключателя 6, Приэтом напряжение источника подаетсяна нагрузку 9 и трансФорматор 12, ана вход блока 20 синхронизации склемм источника 1 поступает синхросигнал. С момента подачи оперативного питания блок 24 управления вырабатывает импульсы для управлениявентилями коммутатора 11, и черездатчики 13 и 14 тока протекает ток,соответствующий режиму заряда АБ 2,Если в рассматриваемый момент времениАБ 2 недозаряжена, то блок 4 контролясоединяет вход усилителя-Фильтра 17с выходом схемы 15, которая сравнивает сигнал, пропорциональный среднемузначению тока заряда АБ, и сигналзадания по среднему току заряда ЯБ.На вход усилителя-Фильтра 17 посту,пает разностный сигнал, который после усиления и Фильтрации поступаетна первый вход схемы умножения, навторой вход которой поступает синхронизированный с напряжением источника1 синусоидальный сигнал с выхода генератора 19. На выходе схемы 18 умножения Формируется синусоидальный сигнал задания по мгновенному значениюпотребляемого от сети тока.Этот сигнал поступает на первыйвход схемы 21 сравнения, на второйвход которой с выхода датчика 13 тока поступает сигнал, пропорциональныйдействительному значению тока, потребляемого от сети, Выходной сигналусилителя 23 путем воздействия наскважность выходных импульсов блока24 управления устанавливает ток заряда АБ соответствующим заданному и поддерживает значение этого тока неизменным,В рассматриваемом режиме работыагрегата возмущающими Факторами могутявляться изменения напряжения сетипеременного тока и увеличение внут" реннего сопротивления ЯБ в процессе ее заряда, По мере заряда АБ зарядный ток уменьшается и на выходе схемы 15 сравнения возникает сигнал рассогласования, который проходит через усилитель-Фильтр 17, схему 18 умножения и приводит к появлению сигнала рассогласования на входе усилителя 23, который, воздействуя на скважность импульсов управления вентилями коммутатора 11, увеличивает приложенное к АБ напряжение, При этом зарядный ток увеличится - и сигнал рассогласования снова примет нулевое значение, Аналогично агрегат реагирует на изменения напряжения источника 1.Когда в процессе заряда напряжение АБ возрастает до значения, при кото 5 10 15 20 ром на выходе блока 4 возникает сигнал переключения контактов переключателя 5, агрегат с режима стабилизациизарядного тока переключается на режимстабилизации подзарядного напряжения - поступает разностный сигналдействительного значения напряженияАБ и сигнала задания установленногозначения. В этом режиме Формированиесинусоидального задания по мгновенному значению потребляемого от сети то 1ка осуществляется аналогично описанному выше,Работа агрегата во втором вариантеисполнения отличается от описанного З 5 только средствами Формирования среднего значения зарядного токаПриэтом необходимо учесть, что датчик14 среднего тока АБ во втором варианте отсутствуетСигнал, пропорциональный среднему току АБ, Формируетсясхемами 25 и 26 соответственно деленияи умножения.На первый вход схемы 26 умножения 45поступает сигнал с выхода датчика13 тока, пропорциональный потребляемому от сети току. На второй входэтой схемы поступает сигнал напряжения сети от источника 1. Результатумножения сигналов тока и напряжениясоответствует потребляемой от сети впроцессе заряда АБ активной мощности. Сигнал, пропорциональный активноймощности, подается на второй вход схемы 25 деления. На первый вход этойхемы поступает сигнал пропорциональный напряжению АБ, Сигнал на выходесхемы 25 деления является результатомделения потребляемой от сети актив 1576986ной мощности на напряжение АБ и соответствует среднему току АБ. Этот Сигнал поступает на вход схемы 15 и сравнивается с сигналом задания установленного тока. Дальнейшее прохождение сигналов аналогично первому цариату.Необходимо отметить, что сигнал На выходе схемы 25 деления содержит также составляющую, зависящую от потерь в агрегате, поэтому этот вариант может быть использован в случах, огда не требуется высокая точность стабилизации зарядного тока АБ, В 1 одзарядном режиме этот Фактор к суЩестве.ным погрешностям не приводит, так как погрешность, обусловленная потерями в этом режиме, незначительна.Во всех рассмотренных режимах работы агрегата потребляемый от сети ток основной частоты имеет синусоидальную огибающую с наложением составляющей с несущей частотой ИИИ. Выходное напряжение генератора 19 опорного напряжения синхронизируется с напряжением сети, поэтому фаза потребляемого от сети тока в выпрями- тельном режиме работы агрегата практически совпадает с Фазой напряжения сети переменного тока, и коэффициент мощности агрегата в этом режиме имеет высокое значение.При аварийном отключении источника 1 или отклонениях параметров его напряжения от допустимых значений блок 3 выдает сигнал на отключение контактора 8 и переключение контактов переключателя 6. В этот момент на входе усилителя 23 сигнал задания по мгновенному значению потребляемого от сети тока заменяется сигналом задания по напряжению нагрузки, При этом в выпрямительном режиме и в момент переключения переключателя б сигнал зада- ния по напряжению синхронизировано с напряжением источника 1, а сигнал задания по мгновенному значению потребляемого тока находится в противофазе по отношению к напряжению источника 1 При переключении переключателя б фазы импульсов управления, поступающие на противофазные вентили силового коммутатора 11, меняются на 180 эл. град, агрегат переходит в инверторный режим и на нагрузку поступает переменное синусоидальное напряжение, причем источником является АБ 2. В переходном режиме (в момент переключения) фазапеременного напряжения агрегата, поступающего на нагрузку, совпадает с фазой напряжения источника 1.Стабилизация переменного выходного напряжения агрегата осуществляетсяпо сигналу обратной связи с выхода органа 10 измерения напряжения нагрузки,Когда параметры напряжения источника 1 восстанавливаются, блок 3 с задержкой времени, необходимой длявхождения генератора 19 в синхронизм,выдает сигнал на включение контактора 8 и переключение переключателя б.В этом случае переход питания наг-рузки от АБ к источнику 1 происходит при совпадающей Фазе напряжений агрегата и сети, поэтому в переходном режиме броски тока не возникают, После включения контактора 8 ранее замкнутые контакты переключателя б размыкаются, а разомкнутые замыкаются и 25 агрегат автоматически переходит врежим заряда или подзаряда аккумуляторной батареи.Пример реализации первого вариантаисполнения агрегата в части Формирования входных сигналов схемы сравнения тока сети приведен на Фиг. 2. В качестве датчика 14 тока АБ использован стандартный измерительный шунт, сигнал которого усиливается усилителем 27. Схемы 15 и 16 сравнения резистивного типа. Схема 15 выполнена на резисторах 28 и 29, а схема 16 на резисторах 30 и 31, Задание зарядного тока устанавливается резистором29, а задание напряжения подзаряда резистором 31. В блоке 4 контроля напряжения АБ в качестве измерительного органа использован резистивныйделитель 32 напряжения. Выход делителя 32 связан с входом компаратора 33, вырабатывающего сигнал управления переключателем 5, который выполнен на стандартном аналоговом ключе.В качестве датчика 13 тока использован трансформатор тока, а в качест- .50 ве схемы 18 умножения - серийный аналоговый перемножитель,Пример реализации блока 24 управления с ПИИ приведен на Фиг. 3. Блок 24 содержит релаксационный генератор 34 треугольного напряжения, модулятор 35, выполненный по схеме компаратора, распределители импульсов управления, выполненные на логических1576986 20 35 батареи. 5055 элементах 36 и 37 и усилители-формирователи 38 и 39 управляющих импульсов. На вход модулятора 35 поступают выходные сигналы усилителя 23 и генератора 34, при этом на выходе модулятора образуются импульсы, по ширине модулированные по синусоидальному закону. Эти импульсы через логические элементы 36 и 37 поступают на входы усилителей-формирователей 38 и 39, выходы которых связань 1 с входами противофазных вентилей 40 и 41 коммутатора 11,Формула изобретения 1. Агрегат бесперебойного питания,. содержащий источник переменного напряжения сеть), аккумуляторную батарею, блоки контроля напряжения сети и аккумуляторной батареи, входами подключенные, к клеммам соответствующих источников, силовой коммутатор,цепь постоянного тока которого связана с аккумуляторной батареей, а цепь переменного тока через согласующий трансформатор и первый датчик тока связана с нагрузкой, к которой подключен вход органа измерения напряжения, быстродействующий контактор, силовые контакты которого включены между источником переменного напряжения и нагрузкой, а цепью управлениясвязанный с выходом блока контролянапряжения сети, блок управления сширотно-импульсной модуляцией, входкоторого соединен с выходом сравнивающего усилителя, а выходы соединены с управляющими входами вентилей силового коммутатора, а также генератор синусоидального опорного напряжения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью сокращения количества силового оборудования за счет использования силового коммутатора и согЛасующего трансформатора для заряда и подзаряда аккумуляторной батареи, улучшения массогабаритных показателей,повышения КПД, а также снижения потребляемой от источника переменногонапряжения реактивной мощности иуменьшения искажений формы напряжения источника, дополнительно введены орган измерения среднего тока аккумуляторной батареи, первый и второйпереключатели, первая, вторая, третьяи четвертая схемы сравнения, перваясхема умножения, усилитель-фильтр,10152530 блок синхронизации и прерывательсинхросигналов, причем упра вляющийвход первого переключателя соединенс выходом блока контроля напряженияаккумуляторной батареи, первый ивторой входы первого переключателясоединены с выходами соответственнопервой и второй схем сравнения, авыход через усилитель-Фильтр соединен с первым входом первой схемы умножения, второй вход которой соединен с выходом генератора синусоидального опорного напряжения и с первымвходом четвертой схемы сравнения,а выход - с первым входом третьейсхемы сравнения, второй вход которой соединен с ьыходом первого датчика тока, а выход - с первым входомвторого переключателя, второй входкоторого соединен с .выходом четвертой схемы сравнения, второй входкоторой соединен с выходом органаизмерения напряжения, управляющийвход второго переключателя соединенс выходом блока контроля напряжениясети и управляющим входом прерывателя синхрос,:,гнала, выход второгопереключателя соединен с входом сравнивающего усилителя, вход генератора синусоидального опорного напряжения соединен через включенные последовательно блок синхронизации и прерыватель синхросигнала с входомблока контроля напряжения сети, первый вход первой схемы сравнения соединен с выходом органа измерения среднего тока аккумуляторной батареи, второй вход - с источником опорного сигнала задания среднего токааккумуляторной батареи, первый входвторой схемы сравнения соединен свходом блока контроля напряженияаккумуляторной батареи, а ее второйвход - с источником опорного сигналазадания напряжения аккумуляторной 2. Агрегат по и. 1, о т л и ч аю щ и й с я теи, что в качестве органа измерения среднего тока аккумуляторной батареи использован второй датчик тока, включенный в цепь постоянного тока силового коммутатора,3. Агрегат по и. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что с целью упрощения силовой схемы, в качестве органа измерения среднего тока аккумуляаказ 1851 Тираж 423 Подписное НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. М 5 нно-издательский комбинат "Патент", г.ужгоро Гагарина, 191 Производс торной батареи использована схемаумНожения и схема деления, причемпервый вход второй схемы умножениясовдинен с выходом первого датчика тока,ее второй вход соединен с входомблОка контроля напряжения сети, ее выход соединен с вторым входом схемы деления,первый вход которой соединен спервым входом второй схемы сравнения,а выход схемы деления является выходоморгана измерения среднего тока аккумуляторной батареи.