источник бесперебойного питания на основе двухагрегатной станции

Формула изобретения

Источник бесперебойного питания на основе двухагрегатной станции, содержащий аккумуляторную батарею, первый и второй электроагрегаты, каждый из которых содержит первичный двигатель и синхронный генератор, объединенные общим валом, и шины переменного напряжения, и статический канал питания, содержащий последовательно соединенные выключатель инвертора, трехфазный инвертор и выключатель нагрузки, при этом первичные двигатели обоих электроагрегатов и выключатель инвертора включены параллельно и соединены с соответствующими выводами аккумуляторной батареи, отличающийся тем, что общие валы обоих электроагрегатов конструктивно объединены, первичные двигатели первого и второго электроагрегатов выполнены в виде двигателей постоянного тока, между первичными двигателями указанных электроагрегатов установлена первая управляемая муфта, а между первичным двигателем и синхронным генератором второго электроагрегата установлена вторая управляемая муфта, шины переменного напряжения обоих электроагрегатов снабжены первым и вторым устройствами контроля напряжения соответственно, при этом первое устройство контроля напряжения соединено с первой и второй управляемыми муфтами, второе устройство контроля напряжения соединено с выключателем инвертора статического канала питания, а выключатель нагрузки соединен одновременно с шинами переменного напряжения первого электроагрегата и выходом инвертора.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве источника бесперебойного питания на основе двухагрегатной станции в системах электроснабжения ответственных потребителей подвижных и стационарных объектов.

Известен источник бесперебойного питания на основе двухагрегатной станции, содержащий два попеременно работающих идентичных агрегата, каждый из которых состоит из функционально соединенных аккумуляторной батареи, первичного двигателя, генератора и выключателя нагрузки [1]. Данный источник нашел широкое применение в автономных системах электроснабжения, в том числе и для питания ответственных потребителей, однако при выходе из строя одного агрегата в электроснабжении потребителей наблюдается перерыв до выхода на режим второго агрегата, так как включатели агрегатов являются электромагнитными и обладают инерцией, что и является ограничением для использования источника.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является источник бесперебойного питания на основе двухагрегатной станции, содержащий основной генератор, резервный генератор, первый и второй выключатели, выходные шины, статический канал питания, содержащий первую и вторую аккумуляторные батареи, шины постоянного тока, выключатель инвертора, трехфазный инвертор, выключатель нагрузки инвертора, первый блок контроля напряжения, второй блок контроля напряжения, причем каждый из блоков контроля напряжения содержит трехфазный выпрямитель, сглаживающий конденсатор, катушку соответствующего выключателя и размыкающий контакт соседнего выключателя, выключатель нагрузки содержит силовые контакты, катушку управления и диоды, первый и второй выключатели идентичны и содержат силовые контакты, катушку управления, соответственно, а выключатель инвертора содержит последовательно соединенные размыкающие контакты первого и второго выключателя [2]. Данный источник нашел широкое применение в системах электроснабжения различных объектов из-за схемной простоты, высокой надежности и унификации элементов, однако в любом режиме его работы энергия аккумуляторных батарей расходуется безвозвратно, что ограничивает срок службы источника.

Техническим результатом изобретения является повышение срока службы источника.

Поставленный технический результат достигается тем, что в источнике бесперебойного питания на основе двухагрегатной станции, содержащем аккумуляторную батарею, первый и второй электроагрегаты, каждый из которых содержит первичный двигатель и синхронный генератор, объединенные общим валом и шинами переменного напряжения, и статический канал питания, содержащий последовательно соединенные выключатель инвертора, трехфазный инвертор и выключатель нагрузки, при этом первичные двигатели обоих электроагрегатов и выключатель инвертора включены параллельно и соединены с соответствующими выводами аккумуляторной батареи, общие валы обоих электроагрегатов конструктивно объединены, первичные двигатели первого и второго электроагрегатов выполнены в виде двигателей постоянного тока, между первичными двигателями указанных электроагрегатов установлена первая управляемая муфта, а между первичным двигателем и синхронным генератором второго электроагрегата установлена вторая управляемая муфта, шины переменного напряжения обоих электроагрегатов снабжены первым и вторым устройствами контроля напряжения соответственно, при этом первое устройство контроля напряжения соединено с первой и второй управляемыми муфтами, второе устройство контроля напряжения соединено с выключателем инвертора статического канала питания, а выключатель нагрузки соединен одновременно с шинами переменного напряжения первого электроагрегата и выходом инвертора.

На чертеже представлена структурная схема источника бесперебойного питания на основе двухагрегатной станции.

Источник содержит аккумуляторную батарею 1, первый электроагрегат 2, содержащий первую управляемую муфту 2-1, первичный двигатель 2-2 и синхронный генератор 2-3, объединенные общим валом 2-4, первое устройство контроля напряжения 2-5, шины переменного напряжения 2-6; второй электроагрегат 3, содержащий двигатель постояного тока 3-1, вторую управляемую муфту 3-2 и синхронный генератор 3-3, объединенные общим валом 3-4, второе устройство контроля напряжения 3-5; шины переменного напряжения 3-6; статический канал питания, содержащий последовательно соединенные выключатель инвертора 4, трехфазный инвертор 5 и выключатель нагрузки 6, при этом первичные двигатели 2-2 и 3-1 первого 2 и второго 3 электроагрегатов подключены к аккумуляторной батарее 1, первая управляемая муфта 2-1, первичный двигатель 2-2 и синхронный генератор 2-3 объединены общим валом 2-4, синхронный генератор 2-3 подключен к шинам переменного напряжения 2-6, а первое устройство контроля напряжения 2-5 соединено с шинами переменного напряжения 2-6 и с первой 2-1 и второй 3-2 управляемыми муфтами, второй первичный двигатель - двигатель постоянного тока 3-1, вторая управляемая муфта 3-2 и синхронный генератор 3-3 объединены общим валом 3-4, причем общие валы 2-4 и 3-4 электроагрегатов 2 и 3 конструктивно объединены, например, осью (не обозначена); выключатель инвертора 4 подключен к аккумуляторной батарее 1, а выход трехфазного инвертора 5 соединен с выключателем нагрузки 6, соединенным с шинами переменного напряжения 2-6 первого электроагрегата 2, при этом синхронный генератор 3-3 подключен к шинам переменного напряжения 3-6, соединенным со вторым устройством контроля напряжения 3-5, которое подключено к выключателю 4. Конструктивное объединение общих валов 2-4 и 3-4 позволяет передавать механическую энергию от первичного двигателя 2-2 первичному двигателю 3-1 с помощью управляемой муфты 2-1, что позволяет двигателю постоянного тока 3-1 работать в генераторном и двигательном режимах, при этом дополнительная нагрузка для первичного двигателя 2-2, состоящая из синхронного генератора 3-3, отключена с помощью второй управляемой муфты 3-2. Все элементы схемы источника серийно выпускаются отечественной промышленностью.

Источник работает следующим образом.

При включении источника электрическая энергия аккумуляторной батареи 1 поступает на выключатель инвертора 4, затем на трехфазный инвертор 5, преобразующий постоянный ток в переменный, а с выхода инвертора 5 на зажимы потребителей особой и первой категорий и на выключатель нагрузки 6 (работающий в режиме автоматического включения резерва), ввиду того, что оба электроагрегата 2 и 3 являются инерционными. Как только первичный двигатель 2-2 первого электроагрегата 2 наберет номинальные обороты, синхронный генератор 2-3 принимает нагрузку и выключатель нагрузки 6 обесточит статический канал питания (связь выключателя нагрузки 6 с выключателем инвертора 4 не показана). При номинальном напряжении на шинах переменного напряжения 2-6 первое устройство контроля напряжения 2-5 выдает сигнал на первую управляемую муфту 2-1 и вращение от первичного двигателя 2-2 будет передано второму первичному двигателю 3-1, который, работая в режиме генератора, подзаряжает аккумуляторную батарею 1. Если напряжение на шинах 2-6 станет отличным от номинального значения по каким-либо причинам, например, резкий наброс нагрузки, то первое устройство контроля напряжения 2-5 выдает сигнал на первую управляемую муфту 2-1 о запрете передачи вращения и на вторую управляемую муфту 3-2 о передачи вращения от двигателя постоянного тока 3-1 к синхронному генератору 3-3, который принимает нагрузку. Если же напряжение на шинах 3-6 станет меньше номинального значения, то сработает второе устройство контроля напряжения 3-5, которое своим сигналом снова включит выключатель инвертора 4. При дальнейшей работе механизм образования напряжения на зажимах потребителей повторяется: при номинальном режиме работает всегда первый электроагрегат 2, а первичный двигатель 3-1 второго электроагрегата 3 работает генератором и подзаряжает аккумуляторную батарею 1 (в этом режиме напряжение на зажимах потребителей равно номинальному значению); при любом, отличном от номинального, режиме (если напряжение на зажимах потребителей будет меньше расчетного значения) устройство контроля напряжения 2-5 останавливает первый электроагрегат 2 подачей сигнала на управляемую муфту 2-1 и запускает в работу второй электроагрегат 3 путем подачи сигнала на управляемую муфту 3-2. Если же напряжение на шинах 3-6 станет меньше номинального значения, то второе устройство контроля напряжения 3-5 включит статический канал питания.

Таким образом, использование двигателя постоянного тока 2-1, являющегося первичным двигателем второго электроагрегата в генераторном режиме, позволяет увеличить время работы источника за счет подзаряда аккумуляторной батареи на весь период работы первого электроагрегата, который является основным.

Источники, принятые во внимание

1. Электропитание устройств связи. Под ред. О.А.Доморацкого. М.: Радио и связь, 1981, стр.244, рис.8.8.

2. Патент РФ на полезную модель № 63615, кл. МПК⁷ H02H 7/26 от 06.02.2007.