Устройство для защиты агрегата бесперебойного питания

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (sa)s Н 02 Н 7/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Р О j

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1390695 (21) 4938096/07 (22) 20.05.91 (46) 07.10.92. Бюл. М 37 (71) Научно-производственное объединение силовой электроники (72) А. П. Борисов и А. С, Картавых (56) Авторское свидетельство СССР

hL 1390695, кл. Н 02 Н 7/10, 1986. (54) УСТРОЙСТ80 ДЛЯ ЗАЩИТЫ АГРЕГАТА БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ (57) Сущность изобретения: во введении в каждую ветвь питания узла согласования 21 и в выполнении порогового узла 17 с входом регулирования порога, который через узел согласования 21 подключен к контактам состояния электромеханического контактора 9 параллельной ветви питания, использование устройства позволяет повысить диапазон работы защиты агрегата бесперебойного питания, тем самым уменьшить вероятность работы нагрузки от неисправного источника. 3 ил.

1767609

И зобретение относится к области силовой полупроводниковой техники и может быть использовано в агрегатах бесперебойного питания с параллельной работой двул ветвей питания, состоящих из выпрямителя, 5 инвертора для определения и отключения неисправной ветви питания от нагрузки, и является усовершенствованием известного устройства, описанного в а.с. O 1390695.

Э.

Известное устройство для защиты агре- 10 гата бесперебойного питания содержит две параллельные ветви, работающие на общую нагрузку, каждая из которых состоит из последовательноо соединенных вып рямителя и инвертора, содержащее каналы защиты 15 по числу параллельных ветвей агрегата, причем каждый канал защиты содержит полупроводниковый выключатель, предназначенный для включения последовательно с соответствующйм йнвертором, блок иден- 20 тификации аварийных режимов, выполненный на. поро гов ых элем ента х, датчик входного тока, вь1ходом подключенный к входу соответствующего порогового элемента блока идентификации аварийных ре- 25 жимов, блок датчйков инвертора, выходом подключенный к входу собтветствующего порогового элемента блока идентификации аварийных режймов и датчик выходного тока, в каждом канале защиты сбдержится так- 30 же сумматор, пороговый узел, блок контроля неисправности полуп роводникового выключателя, электромеханический контактор, два элемента И, элемент ИЛИ, причем электромеханический контактор 35 включен последовательно с полупроводниковым выключателем, выход датчика выходного тока каждого канала защиты подключен к первому входу сумматора данного канала защиты и второму входу сумма- 40 тора параллельного канала защиты, при этом в каждом канале защиты выход сумматора подключен к входу порогового узла и к выходу соответствующего порогового элемента блока идентификации аварийных ре- 45 жимов, вход блока контроля неисправности полупроводникового выключателя подключен к силовым элементам полупроводникового выключателя, выход идентификации невключения силовых элементов полупро- 50 водникового выключателя блока контроля неисправности полупроводникового выключателя подключен к первому входу первого элемента И, второй вход которого подключен к выходу порогового узла, а вы- 55 ход — к первому входу элемента ИЛИ, выход идентификации пробоя полупроводникового выключателя блока контроля неисправности полупроводникового выключателя подключен к первому входу второго элемента И, выход которого подключен к второму входу элемента ИЛИ, третий вход которого подключен к выходу блока идентификации аварийных режимов, а выход подключен к управляющим входам полупроводникового выключателя и электромеханического контактора, при этом выход электрбмеханического контактора данного канала защиты подключен к второму входу второго элемента И параллельного канала защиты. В обоих каналах защиты второй элемент И выполнен . трехвходовым,.прйчем третий вход подключен к выходу порогового узла.

Недостатком данного устройства является малый диапазон работы защиты полупроводникового выключателя, что прйводит к возможности питания нагрузки однополярным напряжением (не проводит один из силовых полупроводниковых элементов), Цель изобретения — расширение диапазона работы защиты.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для защиты агрегата бесперебойного питания, выполненном по а.с.

N 1390695, и включающем в себя две параллельные ветви, работающие на общую нагрузку, каждая из которых состоит из последовательно соединенных выпрямителя и инвертора, содержащее каналы защиты по числу параллельных ветвей агрегата, причем каждый канал защиты содержит полупроводниковый выключатель, предназначенный для включения последовательно с соответствующим инвертором, блок идентификации аварийных режимов, выполненный на пороговых элементах, датчик входного тока, выходом подключенный к входу соответствующего порогового элемента блока идентификации аварийных режимов, блок датчиков инвертора, выходом подключенный к входу соответствующего порогового элемента блока идентификации аварийных режимов, и датчик выходного тока, каждый канал защиты состоит из сумматора, порогового узла, блока контроля неисправности полупроводникового контактора, выключателя электромеханического контактора, двух элементов И, элемента ИЛИ, причем электромеханический контактор включен последовательно с полупроводниКовым выключателем. выход датчика выходного тока каждого канала защиты подключен к первому входу сумматора данного канала защиты и второму входу сумматора параллельного канала защиты, при этом в каждом канале защиты выход сумматора подключен к входу порогового узла и к входу соответствующего порогового элемента блока идентификации аварийных режимов, вход блока контроля неисправности

1767609 полупроводникового выключателя подключен к силовым элементам полупроводникового выключателя, выход идентификации невключения силовых элементов полупроводникового выключателя блока контроля 5 неисправности полупроводникового" выключателя подключен к первому входу первого элемента И, второй вход которого подключен к выходу порогового узла, а выход — к первому входу элемента ИЛИ, выход 10 идентификации пробоя полупроводникового выключателя блока контроля неисправ- ности полупроводникового выключателя подключен к первому входу второго элемента И, выход которого подключен к второму 15 входу второго элемента ИЛИ, третий вход которого подключен к выходу блока идентификации аварийных режимов, а выход подключен к управляющим входам полупроводникового выключателя и электроме- 20 ханического контактора, при этом выход электромеханического контактора данного канала защиты подключен к второму входу второго элемента И параллельного канала защиты, при этом в каждую ветвь питания 25 введен узел согласования, а пороговый узел выполнен с входом регулирования порога, который через узел согласования подключен к контактам состояния электромеханического контактора параллельной ветви 30 питания.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.

2 — схема блока идентификации аварийных режимов; на фиг, 3 — схемы порогового узла 35 и узла согласования.

Устройство (фиг, 1) содержит две параллельные ветви 1 и 2 питания, работающие на общую нагрузку 3. Каждая из ветвей питания содержит последовательно сбе- 40 диненные выпрямитель 4, к входу которого подключен датчик 5 входного тока, инвертор 6, полупроводниковый выключатель 7, к входу которого подключен датчик 8 выходного тока, и электромеханический 45 контактор 9, причем каждая ветвь питания содержит также блок 10 датчиков инвертора, вход которого подключен к инвертору 6, сумматор 11, входы которого подключены к выходам датчиков 8 обеих ветвей 1 и 2 пита- 50 ния, блок 12 идентификации аварийных режимов, входы которого подключены к выходам датчика 5 входного тока, блока 10 датчиков инвертора и сумматора 11, блок контроля неисправности 13 полупроводни- 55 кового выключателя, содержащий блок 14 датчиков контроля силовых элементов, блок идентификации пробоя и блок 16 подключения силовых элементов, причем входы блоков 15 и 16 подключены к выходу блока

14, вход которого подключен к полупроводниковому вйКлйчателю 7, выходы блоков 15 и 16 являются соответственно выходами пробоя и невключения блока 13, пороговый узел 17, вход которого подключен к выходу сумматора 11, первый 18 и второй 19 двухвходовые элементы И, первые входы которых подключены соответственно к выходам невключения и пробоя блока 13, а вторые входы первого 18 и второго 19 элементов И подключены соответственно к выходу порогового узла 17 и выходу электромеханического" контактбра 9 параллельного канала защиты, элемент ИЛИ 20, входы которого подключены к выходам элементов И 18 и 19 к блоку 12, а выход — к отключающим входам полупроводникового выключателя 7 и электромеханического контактора 9, узел согласования 21, вход которого подключен к контактам состоянйя электромеханического контакта параллельной ветви питания, а выход"-"к"входу регулирования порогового узла.

В устройстве (фиг. 1) датчик 8 выходного тока подключен к входу полупроводникового выключателя 7, хотя он может быть подключен к выходу полупроводникового выключателя или электромеханического контактора.

Блок 12 идентификации аварийных режимов (фиг. 2) каждой ветви включает в себя пороговые элементы 22 и 23, входы у которых подключены к выходам датчика 5 входного тока, блока 10 датчиков инвертора и сумматора 11 (фиг, 1), триггер 24, пусковой вход которого подключен к выходу порогового элемента 23, первый элемент НЕ 25, вход которого подключен к пусковому входу триггера 24, второй элемент НЕ 26 и первый элемент 27 выдержки времени, входы которых подключейы к выходу триггера 24, второй элемент 28 выдержки времени, выход которого подключен к стоповому входу триггера 24, первый элемент И-НЕ 29, входы которого подключены к выходам элемента

22, второй элемент И-НЕ 30, первый вход которого подключен к выходу элемента 29, а второй — к выходу элемента HE 26, третий элемент И-НЕ 31, первый вход которого подключен к выходу элемента 27 и входу элемента 28, а второй вход — к выходу элемента

НЕ 25, четвертый элемент И-НЕ 32, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам элементов И-НЕ 30 и

31, а выход элемента И-НЕ 32 подключен к одному из входов элемента ИЛИ 20 (фиг. 1). . Пороговый узел 17 и узел согласования

21 могут иметь несколько технических решений, одно из которых приведено на фиг, 3.

1767609

Пороговыйузел1? включаетвсебяопе-. однооперационных тиристоров с искусстрационный усилитель 33, первый 34, второй венной коммутацией, либо на базе тран35и третий 36 резисторы, первые выводы зисторов, либо на базе запираемых кото)их объединены и подключены к перво- тиристоров. му "входу операционного усилителя, а вто- 5 Устройство работает следующим обрарые выводы подключены соответственно к зом. входу порогового узла 17, к входу регулиро- При параллельной работе обеих ветвей ванйя порогового узла 17 и эталонному ис- 1 и 2 питания на выходах обоих датчиков 8 точнику 37. Второй вход операционного имеются сигналы, которые складываются по усилителя 33 подключен к общему проводу 10 амплитуде сумматорами 11, Пороговый питания, а выход — к выходу порогового уз- узел 17 контролирует суммарную величину ла. Узел согласований 21 включает в себя этих сигналов, Если сумматорный сигнал транзистор 38, коллектор которого подклю- превышает величины, определяемую миничен к выходу узла согласования 21 и подклю- мальным током нагрузки, при котором обес.4 чен через резистор 39 к источнику питания 15 печивается проводимость всех сило х силовых

О, база транзистора 38 через резистор 41 элементов выключателей 7 в течение поподключена к входу узла согласования 21, а ловины периода выходной частоты инэмиттер — к общему проводу питания. верторов 6, то пороговый узел 17 выдает

В устройстве(фиг. 1) датчик 8 выходного разрешающий сигнал на вход элемента И тока выдается сигнал, пропорциональный 20 18. Если блок 16 выдает сигнал о невключетоку нагрузки. Блок 14 датчиков контроля нии силового элемента выключателя 7, то состояния силовых элементов следит за со- этот сигнал при наличии разрешающего сигстоянием (открыт-закрыт) силовых элемен- . нала на выходе порогового узла 17 поступатов полупроводникового выключателя 7, ет на элемент ИЛИ 20,а затем на

Блок 15 выдает единичный сигнал о пробое 25 отключающие входы выключателя 7 и конполупроводникового выключателя 7, если тактора 9, что приводит к их отключению. длительность проводящего состояния хотя При пробоесиловогоэлемента выключателя бы одного из его силовых элементов превы- 7 аварийный сигнал с блока 15 поступает на шает половину периода выходного напря- первый вход элемента И 19, а затем через жения агрегата. Блок 16 выдает сигнал о 30 элемент ИЛИ 20проходит на отключающие т ктора при невключении силового элемента пролупро- входы выключателя 7 и контактора 9 водникового выключателя 7, если силовой наличииразрешающегосигналасконтактоэлемент в нужный момент времени не вклю- ра 9 параллельной ветви, который выдается чился. Датчики, используемые в блоке 14 при включенном состоянии его контактов устройства, включаются последовательно с 35 главной цепи с выхода сигнализир лизи снующего каждым силовым элементом выключателя состояния контактора 9. В этом случае ветвь

7, и по величине сопротивления силовых питанияспробитымсиловымэлементомпоэлементов определяют длительность их лупроводникового выключателя 7 также отпроводящего и непроводящего состояний. ключается от нагрузки, Если работает на

Датчики блока 14 могут быть подключены 40 нагрузку только одна ветвь питания, то при параллельно силовым элементам выклю- пробое силового элемента выключателя 7 чателя?, и по величине и полярности на- работающей ветви аварийный сигнал на выпряжения на них также определяют ход элемента И 19 не проходит а следо д ельность проводящего и непроводяще- тельно, не отключается работающая ветвь. лит го состояний каждого силового элемента 45 Еслижепроизойдетневключениесиловыключателя 7, В этом случае для исклю- вого элемента, то аварийный сигнал с выхочения выдачи ложного сигнала о пробое в да блока 16 пройдет через элемент И 18 на элемент И 19 введен третий вход, который элемент ИЛИ 20 и вызовет отключение поподключен.к выходу порогового узла 17. По- лупроводникового выключателя 7 и электролупроводниковые выключатели 7 предназ- 50 механического контактора 9. П ктора . ри этом начены для отключения от нагрузки 3 пороговый узел 17 за счет поступления с неисправного инвертора 6 и выпрямителя 4. узла согласования 21 на вход регулирования

При этом для исключения возможности ра- соответствующего сигнала, выдает разреоты исправной ветви питания на неисправ- шающий (единичный) сигнал на элемент И ную время отключения полупроводниковых 55 18 с тока нагрузки значительно меньшего, выключателей должно быть значительно чем при параллельной работе обеих ветвей меньше времени отключения электромеха- 1 2 питания. Минима

1 инимальная величина этого нических контакторов. Поэтому силовые тока определяется о я током, при котором силоэлементы полупроводниковых аыключате- вые элементы нач начинают проводить ток в телей могут быть выполнены либо на базе чение половины перио ) е иода вь)ходной частоты

1767609

10 дующим образом

35

45

55 инвертора 6, В случае использования в полупроводниковых выключателях 7 тиристоров минимальный ток нагрузки 3, при котором пороговый узел 17 выдает разрешающий сигнал, равен току удержания тиристоров.

Устройство обеспечивает также отключение соответствующей ветви от нагрузки при аварии в ней выпрямителя 4 или инвертора 6. Для этого используется блок 10, контролирующий длительность работй тиристоров и напряжение на коммутирующих конденсаторах инвертора 6, датчик входного тока выдающий сигнал, пропорциональный току выпрямителя 4, и блок 13. Сигналы с блоком 5 и 10 поступают на пороговые элементы 22 блоков 12 {фиг. 2).

Пороговые элементы 22, анализируя эти сигналы, выдают аварийные нулевые сигналы при отказе выпрямителя 4 или инвертора

6, которые при отсутствии короткого замыкания в нагрузке 3, после трехкратного инвертирования элементами И-НЕ 29, 30 и 32 поступают через элемент ИЛИ 20 на отключающие входы выключателя 7 и контактора

9, вызывая их отключение, При коротком замыкании в нагрузке 3 сигнал с сумматора

11 вызывает срабатывание порогового элемента 23. Это приводит к появлению на его выходе нулевого сигнала и к срабатыванию триггера 24. С выхода последнего единичный сигнал инвертируется элементом НЕ 26 и подается на второй вход элемента И-НЕ

30, запрещая прохождение аварийных сигналов сформированных из-за короткого замыкания в нагрузке на выходах порогового элемента 22, на отключающие входы выключателя 7 и контактора 9. Единичный сигнал с выхода триггера 24 подается также через элемент 27 выдержки времени на первый вход элемента И-НЕ 31 и на вход элемента

28 выдержки времени. На второй вход элемента И-HE 31 поступает инвертированный элементом НЕ 25 сигнал с порогового элемента 23. Если за время выдержки времени элемента 27 короткое замыкание в нагрузке исчезает, то на втором входе элемента И-НЕ

31 нулевой сигнал от элемента НЕ 25 появляется раньше единичного сигнала от элемента 27. Поэтому блок 12 отключающего единичного сигнала на своем выходе не формирует, Если же длительность короткого замыкания больше времени выдержки элемента 27, то в момент появления на обоих входах элемента И-НЕ 31 единичных сигналов на его выходе формируется нулевой сигнал, который инвертируется элементом

И-НЕ 32 и поступает на вход элемента ИЛИ

20. B результате выключатель 7 и контактор

9 отключаются и тем самым защищает уст.I

Ъ ройство от длительного воздействия короткого замыкания в нагрузке. Элемент 28 выдержки времени обеспечивает автоматический перевод триггера 24 в исходное состояние. При этом для формирования на выходе блока 12 отключающего единичного сигнала. нужной для срабатывания выключателя 7 и контактора 9 длительности элемент 28 выдержки времени задерживает сигнал установки триггера 24 на время, равное этой длительности.

Пороговый узел 17 и узел согласования

21, представленные на фиг. 3, работают слеПри замкнутом состоянии электромеханических контактдров 9 с выходов. сигнализирующих состояние их контакторов на вход узла согласования поступает единичный сигнал, Этот сигнал через резистор 41 попадает на базу транзистора 38, Транзистор 38 открывается. В результате на вход регулйрования порогового узла 17 поступает нулевой сигнал. На первый вход операционного усилителя 33 через резистор

34 с сумматора 11 поступает положительный сигнал пропорциональный току нагрузки, через резистор 36 — отрицательное напряжение эталонного источника 34, а через резистор 35 нулевой сигнал с узла согласования 21. На выходе операционного усилителя 33 единичный (разрешающий) сигнал формируется при заданном значении тока нагрузки. При отключении электромеханического контактора 9 параллельной ветви питания на вход узла согласования поступает нулевой сигнал, это приводит к запиранию транзистора 38. Через резистор

39 от источника питания 40 на вход регулирования порогового узла 17 поступает единичный сигнал, который приводит к тому, что операционный усилитель. 33 переходит в единичное состояние при меньшем уровне сигнала на входе порогового узла 17, т.е. при меньшей нагрузке. Наминалы резисторов 34, 35, 36, 39 и напряжения источников

32, 40 выбираются исходя из уровней токов нагрузки, при которых как при одиночной работе инверторов 6, так и при параллельной их работе блоки 15 и 16 не формируют ложно аварийные сигналы

Использование предлагаемого устройства позволяет повысить диапазон работы защиты агрегата бесперебойного питания, а тем самым уменьшить вероятность работы нагрузки от неисправного источника.

Формула изобретения, Устройство для защиты агрегата беспере бой н ого пита н ия п о а вт. с в, N 1390695, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона работы защиты, до1767609

12 полнительно в каждый канал защиты введен узел согласования, а пороговый узел выполнен с входом регулирования порога, который через узел согласования подключен к выходу электромеханического контактора параллельного канала защиты. 7, а

l, d с фг Ж7Ф р /

Составитель Л, Масленникова

Техред М.Моргентал Корректор Н.Король

Редактор Т. Федотов

Производственно-издательский комбйнат ЧТатент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3554 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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