Устройство бесперебойного электроснабжения

Авторы патента:

Абрамович Борис Николаевич (RU)

Сычев Юрий Анатольевич (RU)

Бельский Алексей Анатольевич (RU)

Федоров Алексей Вячеславович (RU)

H02J9/00 - Схемы аварийного или резервного энергоснабжения, например для резервного освещения (с устройствами для зарядки резервных батарей H02J 7/00)

Владельцы патента RU 2576664:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" (RU)

Использование: в области электроэнергетики. Техническим результатом является обеспечение двухступенчатого автоматического ввода резерва при поддержании необходимого уровня заряда аккумуляторных батарей. Устройство содержит резервный генератор, блок развязки с энергосистемой, состоящий из выпрямителя, последовательно соединенного с зарядным устройством и аккумуляторной батареей, выключателем, последовательно соединенным с аккумуляторной батареей, выпрямителем и инвертором, выключатели для подключения автономной электростанции к главной шине переменного тока, средства автоматического отключения потребителей, подключенных к главной шине переменного тока, систему управления, подключенную к автономной электростанции, резервному генератору, выключателю для подключения аккумуляторной батареи к инвертору, устройствам автоматического ввода резерва, одно из которых подключено параллельно выключателю для подключения автономной электростанции к шине переменного тока, а другое - параллельно выключателю для подключения резервного генератора к главной шине переменного тока, и тиристорным коммутатором, подключенным параллельно выключателю для подключения блока развязки с энергосистемой, а также к выключателю, подключающему шины переменного тока резервного генератора к выпрямителю. 1 ил.

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано для бесперебойного электроснабжения ответственных потребителей как при наличии, так и при отсутствии централизованной системы электроснабжения.

Известно устройство бесперебойного питания ответственных потребителей (патент RU №2321936, опубл. 10.04.2008 г.), подключенное к трехфазной сети, содержащее генератор, трехфазный выпрямитель, инвертор, шины постоянного и переменного тока. Выпрямитель и инвертор последовательно соединены через шины постоянного тока и образуют блок развязки с энергосистемой, который своим выходом параллельно с генератором подключен к шине переменного тока, от которой запитаны через средства автоматического отключения неответственные и непосредственно ответственные потребители электроснабжения.

Недостатками являются зависимость от внешнего электроснабжения и непрерывность работы генератора.

Известно устройство для аварийного электроснабжения ответственного потребителя (патент RU №2013843, опубл. 30.05.1994 г.), в котором решение задачи регулирования напряжения в процессе выбега электродвигателя осуществляется подключением дополнительных батарей-конденсаторов с помощью тиристорных ключей, для чего в устройство введены нуль-органы, трансформатор напряжения, фазосдвигающие блоки, одновибраторы и логические элементы «И». Каждая фаза батареи дополнительных конденсаторов разделена на секции, а каждая секция конденсаторов снабжена логическим элементом «И» и тиристорным ключом. Это обеспечивает отсутствие коммутационных перенапряжений при подключении секций дополнительных конденсаторов.

Недостатками являются зависимость от внешнего электроснабжения, непрерывность работы генератора и большое количество конденсаторов.

Известна система бесперебойного электропитания (патент RU №2071626, опубл. 10.01.1997 г.), содержащая n-однофазные синхронные источники переменного тока, которые через однонаправленный элемент переменного тока подключены к нагрузке. Каждый однонаправленный элемент выполнен в виде четырех однонаправленных электрических ключей двух типов. Каждые два разнотипных ключа соединены параллельно и включены между одним из полюсов источника и нагрузкой, их управляющие входы подключены к другому полюсу источника. При этом исключается обратная передача энергии от нагрузки к источнику при отключении одного из источников или его выходе из строя.

Недостатком является наличие нескольких источников переменного тока.

Известно устройство гарантированного электроснабжения (патент RU №2481688, опубл.), принятое за прототип, подключенное к газопоршневой автономной электростанции, содержащее резервный дизель-генератор, блок развязки с энергосистемой, состоящей из выпрямителя, соединенного через шины постоянного тока с источником бесперебойного питания, или накопителем электроэнергии в виде аккумуляторной батареи и инвертором, а также выключатель, использующийся для подключения автономной электростанции к шине переменного тока; выключатель, использующийся для подключения резервного дизель-генератора; средства автоматического отключения отключаемых потребителей электроснабжения различной степени ответственности и напрямую подключенных к шинам переменного тока ответственных потребителей и систему управления, предназначенную для согласования работы газопоршневой электростанции, резервного дизель-генератора и элементов блока развязки энергосистемы через быстродействующие тиристорные коммутаторы, обеспечивающие синхронизированное переключение различных источников электрической энергии с допустимым углом фазового рассогласования между их выходными напряжениями.

Недостатком данного устройства является невозможность подзарядки аккумуляторных батарей от резервного генератора. Поскольку может возникнуть необходимость обратного переключения с резервного генератора на основной источник электроснабжения, а уровень заряда аккумуляторных батарей может оказаться недостаточным для поддержания работы неотключаемых потребителей во время переключения и синхронизации фаз выходных напряжений генераторов, а в случае отказа обоих генераторов - для безаварийного завершения технологического процесса.

Техническим результатом является обеспечение двухступенчатого автоматического ввода резерва при поддержании необходимого уровня заряда аккумуляторных батарей, и тем самым осуществляя бесперебойное электроснабжение ответственных потребителей.

Технический результат достигается тем, что устройство бесперебойного электроснабжения, подключенное к автономной электростанции, содержит резервный генератор, а также в составе блока развязки с энергосистемой имеет зарядное устройство, соединенное через выпрямитель и выключатель с шинами переменного тока резервного генератора, тем самым обеспечивая необходимый уровень заряда аккумуляторных батарей для электроснабжения неотключаемых потребителей при последующем переключении между генераторами.

Устройство бесперебойного электроснабжения поясняется фиг. 1, где:

1 - автономная электростанция;

2 - резервный генератор;

3 - блок развязки с энергосистемой;

4 - выключатель для подключения выпрямителя к шине автономной электростанции;

5 - выпрямитель;

6 - зарядное устройство;

7 - аккумуляторная батарея;

8 - выключатель, подключающий аккумуляторную батарею к инвертору, а также обеспечивающий питание от аккумуляторных батарей и выпрямителя;

9 - инвертор;

10 - выключатель для подключения инвертора к главной шине переменного тока;

11 - тиристорный коммутатор;

12 - выключатель для подключения автономной электростанции к главной шине переменного тока;

13 - тиристорное устройство автоматического ввода резерва;

14 - средства автоматического отключения полностью отключаемых потребителей;

15 - полностью отключаемые потребители;

16 - средства автоматического отключения частично отключаемых потребителей;

17 - частично отключаемые потребители;

18 - неотключаемые потребители;

19 - система управления;

20 - выключатель, использующийся для подключения резервного генератора;

21 - тиристорное устройство автоматического ввода резерва;

22 - выключатель, подключающий выходные шины переменного тока резервного генератора к выпрямителю;

23 - шины переменного тока автономной электростанции;

24 - шины переменного тока резервного генератора;

25 - шины постоянного тока, соединяющие выпрямитель с выключателем для подключения аккумуляторной батареи к инвертору;

26 - главные шины переменного тока.

Устройство бесперебойного электроснабжения состоит из следующих элементов: автономная электростанция 1 подключена к блоку развязки с энергосистемой 3, который состоит из выключателя 4 для подключения выпрямителя к шине переменного тока 23 автономной электростанции, выпрямителя 5, зарядного устройства 6, аккумулятора 7, выключателя 8 для подключения аккумуляторной батареи к инвертору 9, инвертора 9 и шин постоянного тока 25. Блок 3 развязки с энергосистемой посредством выключателя 10 для подключения преобразованной энергии аккумуляторной батареи и выключателей 4 и 12 соединен с главной шиной переменного тока 26. Параллельно выключателю 12 подключено тиристорное устройство автоматического ввода резерва 13, а параллельно выключателю 10 подключен тиристорный коммутатор 11. К главной шине переменного тока 26 с помощью средств 14 автоматического отключения полностью отключаемых потребителей подключены полностью отключаемые потребители 15 (первая ступень автоматической разгрузки) и с помощью средств 16 автоматического отключения частично отключаемых потребителей подключены частично отключаемые потребители 17 (вторая ступень автоматической разгрузки). К главной шине переменного тока 26 непосредственно подключены неотключаемые потребители 18 и посредством выключателя 20 подключен резервный генератор 2. Параллельно выключателю 20 подключено тиристорное устройство автоматического ввода резерва 21. Система управления 19 соединена со средствами 14 автоматического отключения полностью отключаемых потребителей, средствами 16 автоматического отключения частично отключаемых потребителей, выключателем 8, тиристорными устройствами автоматического ввода резерва 13 и 21, тиристорным коммутатором 11, выключателем 22 для подключения шин переменного тока резервного генератора 2 к выпрямителю 5, автономной электростанцией 1.

Устройство бесперебойного электроснабжения неотключаемых потребителей работает следующим образом. В нормальном режиме электроснабжение всех потребителей осуществляют автономной электростанцией 1. В аварийной ситуации работы автономной электростанции 1, во время запуска и выхода на номинальный режим резервного генератора 2, электроснабжение неотключаемых потребителей осуществляются за счет отдачи энергии аккумуляторной батареей. Для ликвидации дефицита мощности резервного генератора 2 осуществляется поочередное отключение потребителей в соответствии со ступенями разгрузки. Алгоритм переключения между тремя источниками электроснабжения и согласование их совместной работы заложен в системе управления 19. При запуске резервного генератора 2 и его последующем подключении ответственные потребители получают питание от аккумуляторной батареи 7. Синхронизация между одноименными напряжениями U_И на выходе инвертора 9 и U_РГ резервного генератора 2 обеспечивается с помощью блоков тиристорного коммутатора 11 и тиристорного автоматического ввода резерва 21. Возможность подключения резервного генератора 2 к главной шине переменного тока 26 без возникновения сверхтоков существует, если угол фазового рассогласования между соответствующими напряжениями не превышает 30 электрических градусов. В противном случае происходит рост токов вплоть до двукратного в случае подключения резервного генератора 2 к главной шине переменного тока 26 в момент нахождения фаз в противофазе, что приведет к срабатыванию средств релейной защиты и автоматики с возникновением перерыва электроснабжения, приводящего к нарушению технологического процесса. Для подключения резервного генератора 2 без рассогласования фаз между его выходным напряжением с выходным напряжением инвертора 9 параллельно выключателю 20 подключено тиристорное устройство автоматического ввода резерва 21. Тиристорное устройство автоматического ввода резерва предназначено для сохранения в работе неотключаемых потребителей при возникновении аварийного режима - потери питающего напряжения на одном из вводов, путем максимально быстрого переключения на исправный ввод без возникновения сверхтоков. Оптимизация переходных процессов обеспечивается синхронизацией момента включения тиристорного устройства автоматического ввода резерва с углом расхождения фаз напряжений на клеммах генератора с напряжением на выходе инвертора диапазоне от 0 до 30 электрических градусов. Тиристорное устройство автоматического ввода резерва 21 позволяет осуществлять синхронное переключение питаемой нагрузки на резервный генератор с углом фазового рассогласования не более 30 электрических градусов, а также контролировать восстановление напряжения в основной сети с автоматическим переключением на нормальную схему электроснабжения после восстановления напряжения на неисправном вводе. При восстановлении нормального режима электроснабжения от автономной электростанции 1 также существует опасность увеличения угла фазового рассогласования между одноименными напряжениями U_АЭС на выходе автономной электростанции 1 и U_РГ резервного генератора 2. Для предотвращения этого параллельно выключателю 12 подключено тиристорное устройство автоматического ввода резерва 13. После ликвидации аварийного режима срабатывает тиристорный коммутатор 11, включенный параллельно выключателю 10, для исключения возможности перетока энергии от инвертора 9 в сеть. Система управления 19 контролирует совместную работу тиристорных устройств автоматического ввода резерва 13 и 21 и тиристорного коммутатора 11 для обеспечения синхронизации ввода в работу различных источников электроснабжения.

Но во время аварийного режима отданная энергия аккумуляторных батарей 7 на питание неотключаемых потребителей 18 при переключении с автономной электростанции 1 на резервный генератор 2, должна быть восстановлена до номинала, что достигается за счет наличия выключателя 22, подключающего шины переменного тока 24 резервного генератора 2 к блоку выпрямителя 5. Зарядное устройство 6 обеспечивает и поддерживает необходимый уровень заряда на аккумуляторных батареях 7, а выключатель 8 не допускает перетока мощности в инвертор 9, а также обеспечивает постоянное питание системы управления 19. В случае неисправности на аккумуляторных батареях 7 предусматривается питание системы управления по шинам постоянного тока 25, соединяющим выключатель 8 и выпрямитель 5.

Таким образом, устройство обеспечивает бесперебойное электроснабжение неотключаемых потребителей с надлежащим уровнем синхронизации выходных напряжений различных источников электроэнергии.

Причем мощность аккумуляторных батарей должна выбираться из учета постоянного питания системы управления при поддержании номинального режима работы неотключаемых потребителей на время переключения между автономной электростанцией и резервным генератором, а в случае невозможности запуска резерва емкость аккумуляторных должна обеспечить безаварийное завершение технологических процессов на неотключаемых потребителях.

Устройство бесперебойного электроснабжения, включающее подключенное к автономной электростанции, содержащее резервный генератор, блок развязки с энергосистемой, выключатель, подключающий указанный блок к главной шине переменного тока, выключатель для подключения автономной электростанции к главной шине переменного тока, выключатель для подключения резервного генератора к главной шине переменного тока, средства автоматического отключения полностью и частично отключаемых, а также неотключаемых потребителей, систему управления, подключенную к автономной электростанции, резервному генератору, главную шину переменного тока, от которой запитаны через средства автоматического отключения электроснабжения полностью и частично отключаемые, а также неотключаемые потребители, причем автономная электростанция подключена к шине переменного тока как через выключатель, так и через блок развязки с энергосистемой, тиристорные устройства автоматического ввода резерва, одно из которых подключено параллельно выключателю для подключения автономной электростанции к главной шине переменного тока, а другое подключено параллельно выключателю для подключения резервного генератора к главной шине переменного тока, и тиристорный коммутатор, подключенный параллельно выключателю для подключения инвертора к главной шине переменного тока, причем выходы системы управления подключены к входам тиристорных устройств автоматического ввода резерва и тиристорного коммутатора, отличающееся тем, что блок развязки с энергосистемой дополнительно снабжен зарядным устройством, последовательно соединенным через выпрямитель с выключателем, который последовательно соединен с шинами переменного тока резервного генератора, а также выключателем для подключения аккумуляторной батареи к инвертору и шинами постоянного тока, соединяющими выпрямитель и выключатель для подключения аккумуляторных батарей.

Изобретение касается аварийного освещения рельсового транспортного средства. Аварийное освещение рельсового транспортного средства включает в себя основное освещение из светоизлучающих диодов.

Система электропитания постоянного напряжения // 2565762

Изобретение относится к электротехнике, в частности к построению систем электропитания постоянного тока особо важных потребителей электроэнергии, требующих повышенного качества электроэнергии.

Устройство адаптивного автоматического включения резерва // 2563629

Использование: в области релейной защиты и автоматики. Технический результат - повышение устойчивости технологических систем за счет ввода в устройство блока управления АВР, позволяющего выполнять расчеты и выбор оптимального алгоритма работы для данного режима работы предприятия и энергосистемы.

Искробезопасный светильник // 2550741

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для использования в местах проведения подземных работ. Техническим результатом является расширение арсенала технических средств.

Устройство восстановления и симметрирования напряжения кабеля при обрыве жилы // 2550091

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в возможности задания требуемого времени восстановления напряжения.

Устройство контроля, восстановления и симметрирования напряжения фаз // 2543055

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в повышении мощности устройства.

Устройство для измерения тока и напряжения в высоковольтной сети // 2516034

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой устройство для масштабного преобразования тока и напряжения с гальванической развязкой между высоковольтной сетью и приборами измерения на основе аналого-цифрового кодирования величин тока и напряжения с последующим излучением модулированного светового потока.

Импульсный источник питания // 2513902

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах резервного или бесперебойного питания сети постоянного тока, преимущественно работающей от нестабильных источников электропитания, напряжение которых может меняться в широких пределах.

Устройство бесперебойного автоматического включения резерва // 2503114

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам противоаварийной автоматики системы электроснабжения, и может быть использовано в схемах для питания потребителей постоянного и переменного тока группы А-1 первой категории надежности электроснабжения, не допускающих перерыва питания.

Устройство обеспечения безопасности резервного источника питания поста электрической централизации // 2498477

Изобретение относится к электроснабжению электропотрсбителей, в частности средств железнодорожной автоматики и телемеханики, оснащенных системами дистанционного отключения источников электропитания, в которых используются автономные резервные источники бесперебойного электропитания на напряжение, опасное для жизни человека.

Способ управления общей балластной нагрузкой в автономной многомодульной электроэнергетической установке на основе двигателей стирлинга // 2606979

Изобретение относится к области энергетики и электротехники и может быть использовано в устройствах для преобразования термодинамической энергии в электрическую, используемых в качестве источника электрической энергии в системах электропитания автономных электроэнергетических комплексов. Техническим результатом является повышение динамической точности и устойчивости широко-импульсного регулятора общего блока балластной нагрузки с одновременным обеспечением стабильности напряжения на шине постоянного тока в переходных и установившихся режимах работы автономной системы электроснабжения. Способ управления общей балластной нагрузкой в автономной многомодульной электроэнергетической установке генерирования на основе двигателей Стирлинга, содержащей m модулей генерации, каждый из которых включает свободно поршневой двигатель Стирлинга с интегрированным линейным генератором и выпрямитель, выходы которых включены в параллель и образуют шину постоянного тока, к которой подключаются аккумуляторная батарея, полезная нагрузка и общий блок балластной нагрузки заключается в следующем: измеряют величины напряжений и токов каждого линейного генератора и полезной нагрузки, далее на основе измеренных величин напряжений и токов каждого линейного генератора производят расчет активных мощностей с последующим их суммированием; рассчитывают текущее значение мощности полезной нагрузки, формируют сигнал отношения вычисленной мощности полезной нагрузки к суммарной мощности линейных генераторов, сравнивают измеренную величину выходного напряжения полезной нагрузки с опорным напряжением, обрабатывают результирующий сигнал с помощью блока корректирующего устройства на основе пропорционально-интегрирующего регулятора; суммируют выходной сигнал пропорционально-интегрирующего регулятора с сигналом отношения вычисленной мощности нагрузки к суммарной мощности генераторов, формируя сигнал ошибки, поступающий на один из входов компаратора, а на другой вход компаратора поступает ступенчато-пилообразное напряжение, сформированное менеджером событий DSP контроллера. На выходе компаратора формируется широко-импульсный модулированный сигнал, который поступает на драйвер управления транзистором блока балластной нагрузки. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Автономное устройство отключения источника электроснабжения // 2627684

Использование: в области электротехники. Технический результат - обеспечение дистанционного контроля исправности цепи при сокращении элементной базы за счет использования отключаемого источника электроснабжения для питания цепей контроля и управления отключением источника электроснабжения. Автономное устройство отключения источника электроснабжения содержит автоматический выключатель с независимым расщепителем, размыкающие контакты автоматического выключателя включены между выводами фазных цепей питающей сети и выходными клеммами для подключения цепей потребителя электроэнергии, первый вывод обмотки независимого расцепителя подключен к одной из выходных клемм подключения потребителя, а второй вывод его обмотки по кабелю дистанционного управления соединен с клеммой нейтрали источника электроснабжения через нормально разомкнутый контакт коммутирующего элемента включения сигнала управления отключением электроснабжения, параллельно которому включена цепь из последовательно соединенных резистора и индикатора. 1 ил.

Сервопривод, сервоприводная установка, способ эксплуатации сервопривода и способ эксплуатации сервоприводной установки // 2630231

Использование – в области электротехники. Технический результат – повышение гибкости при размещении установок с сервоприводами. Согласно изобретению сервопривод (1, 1') имеет электромотор (2, 2') и блок управления (4, 4') электромотором (2, 2'), питающийся из промежуточного контура (3, 3'). При этом промежуточный контур (3, 3') имеет, по меньшей мере, один конденсатор промежуточного контура (5). Сервопривод дополнительно содержит блок контроля (9), с помощью которого определяется моментальное зарядовое состояние конденсатора промежуточного контура (5). Блок управления (4, 4') служит для регулирования потребляемой электрической мощности электромотора (2, 2') в зависимости от полученного моментального значения зарядового состояния конденсатора промежуточного контура (5). Блок управления (4, 4') служит для снижения потребляемой мощности, когда или пока выявленное зарядовое состояние соответствует заданному количеству заряда, которое накоплено на конденсаторе промежуточного контура (5) и достигает заданного первого предельного значения или меньше его. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ и система питания электрической энергией летательного аппарата // 2648233

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления сетью электрического питания летательного аппарата. Техническим результатом является снижение затрат энергии, повышение КПД. В способе и системе питания электрической энергией летательного аппарата, содержащего множество питаемых нагрузок (С1-С4) и систему питания, система питания включает в себя множество источников энергии (S1, S2, S3) и бортовой модуль (MG) управления энергией. Модуль (MG) управления энергией электрически соединен с упомянутыми источниками энергии (S1, S2, S3) и с упомянутыми питаемыми нагрузками (С1-С4). Модуль (MG) управления энергией управляет питанием по меньшей мере одной из упомянутых нагрузок (С1-С4) при помощи по меньшей мере двух разных параллельно соединенных источников энергии (S1, S2, S3) в случае увеличения потребности в энергии, при этом упомянутая нагрузка (С1-С4) изначально получает питание от единственного источника энергии (S1, S2, S3). 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

Система распределения энергии постоянного тока // 2648288

Использование – в области электротехники. Технический результат – повышение эффективности электропитания. Согласно изобретению система распределения энергии постоянного тока для распределения энергии постоянного тока к одному или нескольким электрическим устройствам содержит электрическое устройство (2) для приема энергии постоянного тока через электрический проводник (4) от устройства (3) электропитания с блоком (5) управления электропитанием и для передачи сигнала блоку управления электропитанием для запроса меньшего количества энергии или большего количества энергии. Устройство электропитания выполнено с возможностью работать в режиме большого количества мощности и в режиме малого количества мощности, и блок управления электропитанием управляет режимом работы устройства электропитания в зависимости от принятого сигнала. Это позволяет адаптировать электропитание к энергии, которая действительно необходима системе распределения энергии постоянного тока технически, относительно простым способом. В частности, работа в режиме ожидания может быть более эффективной. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил.