Система бесперебойного электроснабжения

 

Изобретение относится к электроэнергетике , а именно к системам бесперебойного электроснабжения токоприемников ответственных потребителей переменного тока специальных объектов. Цель - повышение надежности электроснабжения и качества напряжения на шинах гарантированного электропитания путем увеличения времени работы буферной установки в генераторном режиме от маховика. Асинхронизированная синхронная машина (АСМ) 6, статорная обмотка с меньшим числом витков которой через переключающее устройство 59 подключена к шинам 4 гарантированного питания , вращает маховик 8 и при отклонении напряжения сети благодаря системе 10 автоматического регулирования и управления выполняет функции компенсатора. Регулятор 19 скольжения определяет фактическую величину и знак скольжения, сравнивает его с заданной величиной и через преобразующе-командный блок 14 формирует сигнал, регулирующий ток обмотки возбуждения ротора АСМ 6. При несоответствии сигналов со стороны электросети 1 с сигналом задатчиков частоты 21 и напряжения 36 по сигналу управления отключается статический выключатель 3 и отделяет от электросети 1 шины 4 гарантированного электропитания с присоединением к ним токоприемниками 5 ответственных потребителей, и последние получают питание от АСМ 6, работающей в режиме генератора за счет запасенной кинетической энергии инерционного маховика 8. Запускается первичный двигатель 70. 1 ил. 9 Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 02 3 9/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

0с 4 V

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4.655969/07 (22) 27.02.89 (46) 15.09.91. Бюл, hb 34 (72) А.С. Виксман, Б.Т. Кононов, Г.Х. Левин, M,Ï. Лысенко и А.Д. Суприн (53) 621.316.925(088.8) (56) Патент США

М 4203041, кл. Н 02 J 9/06, 1980.

Авторское свидетельство СССР

М 1334268, кл. Н 02 J9/06,,1985. (54) СИСТЕМА БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к системам бесперебойного электроснабжения токоприемников ответственных потребителей переменного тока специальных объектов. Цель — повышение надежности электроснабжения и качества напряжения на шинах гарантированного электропитания путем увеличения времени работы буферной установки в генераторном режиме от маховика, Асинхронизированная синхронная машина (АСМ) 6, статорная обмотка с меньшим числом витков которой

Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к системам бесперебойного электроснабжения токоприемников ответственных потребителей переменного тока специальных объектов.

Целью изобретения является повышение надежности электроснабжения и качества напряжения на шинах гарантированного электропитания путем увеличения времени работы буферной установки в генераторном режиме от маховика.

„,. Ж„„1677778 А1 через переключающее устройство 59 подключена к шинам 4 гарантированного питания, вращает маховик 8 и при отклонении напряжения сети благодаря системе 10 автоматического регулирования и управления выполняет функции компенсатора, Регулятор 19 скольжения определяет фактическую величину и знак скольжения, сравнивает его с заданной величиной и через преобразующе-командный блок 14 формирует сигнал, регулирующий ток обмотки возбуждения ротора АСМ 6. При несоответствии сигналов со стороны электросети 1 с сигналом задатчиков частоты 21 и напряжения 36 по сигналу управления отключается статический выключатель 3 и отделяет от электросети 1 шины 4 гарантированного электропитания с присоединением к ним токоприемниками 5 ® ответственных потребителей, и последние получают питание от АСМ 6, работающей в режиме генератора за счет запасенной кинетической энергии инерционного махови- Я ка 8, Запускается первичный двигатель 7b.

1 ил.

На чертеже приведена система бесперебойного электроснабжения.

Система бесперебойного электроснабжения токоприемников ответственных потребителей от сети переменного тока состоит из основного источника 1 питания, коммутационногоо аппарата 2, статического выключателя

3, шин 4 источника гарантированного электропитания с подключенными к ним токопри. емниками 5 ответственных, потребителей и буферной установки в виде асинхронизированной синхронной машины (АСМ) 6, содер1677778 жащей две симметричные самостоятельные статорные обмотки с разным числом витков независимой системы возбуждения 7 и инерционным маховиком 8 на валу, связанной посредством разобщительной муфты 9 с первичным двигателем системы 10 автоматического регулирования и управления.

Независимая система возбуждения T содержит расположенный на валу ротора

АСМ 6 вспомогательный генератор 11, питающий силовую часть тиристорного преобразователя частоты 12, подключенного к обмотке возбуждения 13 ACM 6.

Система 10 автоматического регулирования и управления содержит преобразующе-командный блок 14, имеющий четыре входных канала регулирования соответственно по величине скольжения 15, реактивной мощности 16, напряжения 17, частоте тока 18 и выходной канал управления преобразователем частоты 12, выполненный по и рин ципу регулятора п реобразователя частоты, позволяющий выполнить функции управления и регулирования АСМ 6 в соответствии с заданными величинами; регулятор 19 скольжения, первый вход 20 которого подключен к задатчику 21 частоты, второй вход 22 подключен к датчику угловой скорости вращения вала ротора, третий вход 23 присоединен к задатчику 24 скольжения, а выход через переключающий элемент 25, выполненный на базе логического элемента И, подключен к каналу регулирования по величине скольжения 15 преобразующе-командного блока 14, выполненного согласно блок-схеме регулятора скорости вращения вала электродвигателя, сравнивающей заданную и фактическую угловую частоту скольжения. Регулятор 26 реактивной мощности, на первый вход 27 которого подключен датчик 28 напряжения, на второй 29 — датчик 30 тока, на третий 31— задатчик 32 реактивной мощности, а выход через переключающий элемент 33, выполненный на базе логического элемента И, подключен к каналу регулирования по величине реактивной мощности 16 преобразующе-командного блока 14, сравнивающего заданную и фактическую величину реактивной мощности. Регулятор 34 напряжения, к первому входу 35 которого присоединен задатчик 36 величины напряжения, к второму

37 — датчик 28 напряжения, а выход через переключающий элемент 38, выполненный на базе логического элемента И, подключен к каналу регулирования по величине напряжения 17 преобразующе-командного блока

14, производящему сравнение заданной и фактической величины напряжения; регулятор 39 частоты, к первому входу 40 которого

55 присоединен задатчик 21 частоты, к второму входу 41 — датчик 42 частоты тока, к третьему входу 43 подключен датчик 44 угловой скорости вращения вала ротора, а выход через переключающий элемент 45, выполненный на базе логического элемента И, присоединен к каналу регулирования по величине частоты тока 18 преобразующе-командного блока, 14, построенному по блок-схеме регулятора угловой скорости вращения вала ротора электрической машины; блок 46 контроля параметров сети с подключенными к первому входу 47 датчиком 42 частоты тока, к второму входу 48 датчиком 28 напряжения, к третьему входу

49 задатчиком 36 напряжения, к четвертому входу 50 — задатчиком 21 частоты, к пятому входу 51 — датчиком 52 напряжения, к шестому входу 53 — датчиком 54 частоты, а к первому выходу 55 присоединены управляющие входы переключающих элементов 38, 45,к второму выходу 56 — управляющие входы переключающих элементов 25, 33, к третьему выходу 57 — управляющий вход статического выключателя 3 и вход реле пуска 58 первичного двигателя, построенный по блок-схемам устройств автоматического повторного включения линии с двусторонним питанием и ожиданием синхронизма, точной автоматической синхронизации, обеспечивающей выполнение логических операций сравнения заданных параметров сети с фактическими, контроль за совпадением фаз напряжения при синхронизации

АСМ 6 с электросетью 1 и реализации выполнения команды на включение-отключение статического выключателя 3 и переключающих элементов 25, 33, 38, 45 и реле пуска 58, а также контроль за совпадением фаз напряжения при синхронизации

ACM 6 с электросетью 1; переключающее устройство 59 обмоток статора, выполненного в функции логического элемента HE u повторителя, первый силовой вход 60 которого подключен к статорной обмотке с меньшим числом витков, второй силовой вход 61 подключен к статорной обмотке с большим числом витков, силовой выход подключен к шинам гарантированного электропитания

4, а к управляющему входу подключен выход схемы ИЛИ 62, к одному из входов которой подключен выход порогового элемента 63, присоединенного к шинам гарантированного электропитания 4, к другому входу через дешифратор 64 подключен выход счетчика

65 сбрасывающий, счетные входы которого подключены соответственно к инверсному и через схему И 66 к прямому выходу триггера

67 и генератору импульсов 68, вход триггера подключен к формирователю импульсов 69.

167 i i 78

20

30

40

55 подключенному к выходу датчика 44 угловой скорости вращения вала ротора ACM 6.

Система бесперебойного электроснабжения работает следующим образом. В нормальном режиме электроснабжение токоприемников 5 ответственных потребителей осуществляется от электросети 1 через коммутационный аппарат 2, статический выключатель 3, шины гарантированного электропитания 4. Статорная обмотка с меньшим числом витков АСМ 6 через переключающее устройство 59 подключена к шинам 4 гарантированного электропитания ° вращает маховик 8 и при отклонении напряжения сети благодаря системе 10 автоматического регулирования и управления выполняет функции компенсатора. Разобщительная муфта 9 разобщена и первичный двигатель 70 находится в готовности к пуску. В этом режиме управление

ACM 6 осуществляется по заданной величине скольжения вала ротора и реактивной мощности статора.

Поддержание заданного скольжения вала ротора обеспечивается регулятором 19 скольжения, на первый вход 20 которого поступает сигнал с задатчика 21 частоты, на третий вход 23 — с задатчика скольжения 24, а на второй вход 22 — с датчика 44 угловой скорости вращения ротора. Регулятор 19 скольжения определяет фактическую величину и знак скольжения, сравнивает его c заданной величиной, если величина и знак фактического скольжения отличаются от заданного, то выполняет корректировку и формирует на выходе сигнал регулирования, который через открытый переключающий элемент 25 поступает в канал регулирования по величине скольжения 15 преобразующе-командного блока 14.

Регулирование величины реактивной мощности статора ACM 6, выдаваемый в электросеть 1, осуществляется регулятором

26 реактивной мощности. На первый вход

27 регулятора 26 реактивной мощности с датчика 28 напряжения поступает сигнал, соответствующий фактической величине напряжения на шинах 4, на второй вход 29 с датчика 30 тока поступает сигнал, соответствующий фактической величине тока статора ACM 6, на третий 31 вход с задатчика 32 реактивной мощности поступает сигнал, соответствующий заданной величине реактивной мощности. Регулятор 26 реактивной мощности определяет фактическую величину реактивной мощности статора АСМ 6, сравнивает ее с заданной величиной реактивной мощности, если величин., фактической реактивной мощности отли ается от заданной, то выполняет кар „ктировку и формирует на выходе сигнал регулирования, который через открытый переключающий элемент 33 поступает в канал регулирования по величине реактивной мощности 16 преобразующе-командного блока 14.

Преобразующе-командный блок 14 преобразует поступающие в каналы регулирования по величине скольжения 15 и величине реактивной мощности 16 соответственно с регулятопа l9 скольжения и регулятора 26 реактивной мощности в сигналы частоты скольжения вала ротора, формирует на выходе такой сигнал управления преобразователем частоты 12, который определяет частоту, амплитуду, фазу напряжения на его выходе, а следовательно, и токов обмотки возбуждения 13 ротора ACM

6. Это позволяет создать обмоткой возбуждения 13 ротора вращающееся относительно его в нужном направлении круговое поле с требуемой по режиму работы амплитудой, частотой и фазой, обеспечивающих заданное скольжение вала ротора и величину реактивной мощности статора АСМ 6 ° выдаваемую в электросеть 1.

Одновременно блок 46 контроля параметров сети постоянно сравнивает поступающий на шестой 53 вход с датчика 54 частоты сигнал. соответствующий фактическому значению величины частоты напряжения электросети 1, с сигналом, поступающим на четвертый 50 вход с задатчика 21 частоты, и поступающий на пятый 51 вход с датчика 52 напряжения сигнал, соответствующий фактическому значению величины напряжения источника 1, с сигналом, поступающим на третий 49 вход с задатчика

36 напряжения.

При несоответствии сигналов со стороны электросети 1 с сигналом задатчика 21 частоты и задатчика 36 напряжения или при полном прекращении питания со стороны электросети 1 блок 46 контроля параметров сети формирует сигнал на втором 56 выходе на закрытие переключающих элементов 25 и 33, а нз третьем 57 выходе — на отключение статического выключателя 3 и выключение реле пуска 58 первичного двигателя 70. При воздействии сигнала закрываются переключающий элемент 25, в результате прекращается подача сигнала регулирования в канал регулирования по величине скольжения 15 преобразующе-командного бло э 14 с регулятора 19 скольжения и переключающий элемент 33, прекращающий подачу сигнала регулирования в канал регулирования по величине реактивной мощности 16 преобразующе-командного блока 14 с регулятора 26 оеактивной мощности. Одновременно от1677778 крываются пере:,чючающий элемент 38, через который в канал регулирования по величине напряжения 17 преобразующе-командного блока 14 поступает сигнал регулирования с регулятора 34 напряжения, и переключающий элемент 45, обеспечивающий подачу сигнала регулирования в канал регулирования по величине частоты тока18 преобразующе-командного блока 14.

При этом под воздействием сигнала управления, формируемого на третьем 57 выходе блоком 46 контроля параметров сети, отключается статический выключатель 3 и отделяет от электросети 1 шины 4 гарантированного электропитания с присоединенными к ним токоприемниками 5 ответственных потребителей и последние получают питание от ACM 6, работающей в режиме генератора за счет запасенной кинетической энергии инерционного маховика 8. Включается реле пуска 58, осуществляя запуск первичного двигателя 70.

В этом автономном режиме управление

АСМ 6 осуществляется по заданной величине напряжения и частоты его на шинах 4 гарантированного электропитания.

Поддержание заданной величины напряжения на шинах 4 гарантированного электропитания обеспечивается регулятором 34 напряжения, на первый вход 35 которого поступает с задатчика 36 напряжения сигнал, соответствующий заданной величине напряжения, на второй вход 37 поступает сдатчика

28 напряжения сигнал, соответствующий фактической величине напряжения на шинах 4 гарантированного электропитания.

При снижении напряжения на шинах 4 гарантированного электропитания за. пределы диапазона допустимых значений открывается пороговый элемент 63, сигнал с его выхода через схему ИЛИ 62 подается на управляющий вход переключающего устройства 59, которое отключает статорную обмотку с меньшим числом витков и подключает статорную обмотку с большим ..1слом витков. При этом регулятор 34 напряжения сравнивает фактическую величину напряжения с заданной величиной, если она отличается от заданной, то выполняет корректировку и формирует на выходе сигнал регулирования, который через открытый переключающий элемент 38 поступает в канал регулирования по величине напряжения 17 преобразующе-командного блока 14.

Регулирование величины частоты напряжения статора осуществляется регулятором 39 частоты, на первый 40 вход которого с задатчика 21 частоты поступает сигнал, соответствующий заданной величи50 скорости вращения вала ротора и заданной величине частоты, при необходимости корректирует выходной сигнал, который через открытый переключающий элемент 45 поступает в канал регулирования по величине частоты тока 18 преобразующе-командного блока 14.

Преобразующе-командный блок 14 преобразует поступающие в каналы регулирования по величине напряжения 17 и величине частоты тока 18 сигналы с регуля5

45 не частоты, на второй 41 вход поступает с датчика 42 частоты сигнал, соответствующий фактическому значению частоты напряжения на шинах 4 гарантированного электропитания, на третий 43 вход поступает с датчика 44 угловой скорости вращения ротора сигнал, соответствующий фактическому значению угловой скорости вращения вала ротора.

Одновременно с датчика 44 угловой скорости вращения вала ротора поступают сигналы на формирователь импульсов 69, которые преобразуются в импульсные последовательности, период следования которых пропорционален угловой скорости вращения вала ACM 6, и поступают на вход триггера 67. Приход первого импульса с выхода формирователя импульсов 69 на триггер 67 устанавливает его в единичное состояние, открывается схема И 66, и счетчик 65 начинает считать число импульсов, поступающих с выхода генератора импульсов 68. Приход второго импульса с выхода формирователя импульсов 69 вызывает переход триггера 67 в нулевое состояние, при этом схема И 66 закрывается и прекращается запись в счетчике 65.

При снижении угловой скорости вращения вала ротора до некоторого нижнего предела шмин.доп., при котором напряжение на зажимах ACM 6 равно предельно-допустимому значению, число, записанное в счетчике

65, становится больше заданного и появляется сигнал на выходе дешифратора 64, который поступает на схему ИЛИ 62, а с ее выхода на управляющий вход переключающего устройства 59, Тем самым обеспечивается формирование команды на срабатывание переключающего устройства 58, обеспечивающего подключение статорной обмотки с большим числом витков и отключение статорной обмотки с меньшим числом витков.

При этом регулятор 39 частоты постоянно сравнивает соответствие фактического значения частоты на шинах 4 гарантированного электропитания с заданным и на выходе формирует такой сигнал управления, чтобы его величина была пропорциональна разности сигналов фактической угловой

1677778

20

35

50

55 тора 34 напряжения и регулятора 39 частоты в сигналы частоты скольжения вала ротора и формирует на выходе такие сигналы управления преобразователем частоты 12, ко торые определяют частоту, амплитуду, фазу напряжений на его выходе, а следовательно, и тока обмотки возбуждения 13 ACM 6.

Это позволяет создать обмоткой возбуждения 13 вращающееся относительно его в нужном направлении круговое поле с требуемой по режиму работы амплитудой, частотой и фазой, обеспечивающих заданное значение напряжения и частоты на шинах 4 гарантированного электропитания.

Благодаря особенностям, присущим АСМ 6, заданное постоянство частоты тока и напряжения на зажимах статора обеспечивается путем соответствующего изменения частоты тока возбуждения ротора.

Таким образом, обеспечивается электроснабжение токоприемников 5 ответственных потребителей электроэнергией требуемого качества от АСМ 6,работающей в генераторном режиме.

Восстановление напряжения со стороны электросети 1 фиксирует блок 46 контроля параметров сети, который постоянно сравнивает сигнал, соответствующий фактическому значению напряжения электросети 1, с сигналом, поступающим на третий

49 вход с задатчика 36 напряжения,и поступающий на второй 48 вход с датчика 28 напряжения сигнал, соответствующий фактическому значению напряжения сети на шинах 4 гарантированного электропитания, а поступающий на шестой вход с датчика 54 частоты сигнал, соответствующий фактическому значению величины частоты напряжения электросети 1, сравнивает с сигналом, соответствующим фактическому значению величины частоты напряжения сети на шинах

4 гарантированного электропитания.

При соответствии всех величин и выполнении услбвий синхронизации, позволяющих включать на параллельную работу с электросетью АСМ 6,блок 46 контроля параметров сети отменяет на третьем 57 выходе сигнал на отключение статического выключателя 3 и включение реле пуска 58, на первом 55 выходе сигнал на включение переключающих элементов 38 и 45, на втором 56 выходе сигнал на отключение переключающих элементов 25 и 33, При отмене блоком 46 контроля параметров напряжения сети на третьем 57 выходе сигнала включается статический выкл ючатель 3 и соединяет с электросетью 1 шины 4 гарантированного электропитания. Включается реле пуска 58, первичный двигатель 70 останавливается.

Одновременно закрывается переключающий элемент 38, в результате прекращается подача сигнала регулирования в канал регулирования по величине напряжениг 17 преобразующе-командного блока 14 с регулятора 34 напряжения, переключающий элемент 45, прекращающий подачу сигнала регулирования в канал регулирования по величине частоты тока 18 преобразующе-командного блока 14 с регулятора 39 частоты, Прекращение поступления сигналов в каналы регулирования по величине напряжения

17 и величине частоты тока 18 преобразующе-командного блока 14 служит для него командой перевода управления ACM 6 из режима генератора в режик1 компенсатора.

Открывается также переключающий элемент 25, через которыи в канал регулирования по величине скольжения 15 преобразующе-командного блока 14 поступает сигнал регулирования с регулятора 19 скольжения и открывается переключающий элемент 33, обеспечивающий подачу сигнала регулирования в канал регулирования по величине реактивной мощности преобразующе-командного блока 14 с регулятора 26 реактивной мощности.

Таким образом, система бесперебойного электроснабжения токоприемников ответственных потребителей от сети переменного тока-в исходном режиме, Формула изобретения

Система бесперебойного электроснабжения, содержащая шины гарантированноro электропитания, соединенные с сетью переменного тока через статический выключатель, к которым присоединена буферная установка в виде асинхронизированной синхронной машины с независимым возбуждением и маховиком на валу, снабженной системой автоматического управления и регулирования, состоящей из преобразующе-командного блока системы возбуждения, включенных параллельно регулятора реактивной мощности и регулятора величины напряжения с задатчиком величины напряжения, регулятора скольжения угловой скорости вращения вала, параллельно которому включен регулятор частоты напряжения статора с задатчиком частоты, а также переключающих элементов и блока контроля параметров напряжения сети, к входам которого подключены соответственно выходы датчика частоты тока, датчика напря>кения шин гарантированного питания, датчика частоты "aiba™-.êà частоты и датчика напряжения сети, первый выход подключен к управляющим входа".1 переключающих элементов регуляторов напряжения и 1астоты, Второй выход к упраsл :IQщ11",1 s;in "-.;.:

1677778

Составитель Г. Дамская

Редактор В. Фельдман Техред М.Моргентал Корректор Q. Ципле

Заказ 3118 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 переключающих элементов регулятора скольжения и реактивной мощности, третий выход — к цепи управления статического выключателя и входу реле пуска первичного двигателя, выход регулятора скольжения че- 5 рез первый переключающий элемент подключен к первому каналу регулирования преобразующе-командного блока, выход регулятора реактивной мощности через второй переключающий элемент подключен к 10 второму каналу регулирования преобразующе-командного блока выход регулятора напряжения через третий переключающий элемент подключен к третьему каналу регулирования преобразующе-командного бло- 15 ка, выход регулятора частоты через четвертый переключающий элемент подключен к четвертому каналу регулирования преобраэующе-командного блока, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью повышения 20 надежности электроснабжения и качества напряжения на шинах гарантированного электропитания путем. увеличения времени работы буферной установки в генераторном режиме от маховика, асинхронизированная синх- 25 ронная машина выполнена с двумя симметричными статорными обмотками с разным числом витков, в систему автоматического управления которой введено дополнительное переключающее устройство обмоток статора, формирователь импульсов, триггер со счетным входом, схема И, генератор импульсов, счетчик, дешифратор, пороговый элемент и схема ИЛИ, причем к выходу датчика угловой скорости вращения вала ротора подключен формирователь импульсов, выход которого подключен к счетному входу триггера, инверсный и прямой выходы триггера подключены соответственно на сбрасывающий вход счетчика и к первому входу схемы И, на второй вход которой подключен генератор импульсов, а выход схемы И подключен к счетному входу счетчика, а выход счетчика через дешифратор — к одному иэ входов схемы ИЛИ, к шинам гарантированного питания подключен пороговый элемент, выход которого подключен к другому входу схемы ИЛИ, а выход схемы ИЛИ подключен к управляющему входу переключающего устройства, подключенного между шинами гарантированного электропитания и асинхронизированной синхронной машиной, первый силовой вход которого подключен к статорной обмотке с меньшим числом витков, второй силовой вход — к статорной обмотке с большим числом витков, а силовой выход — к шинам гарантированного электропитания.