[go: up one dir, main page]

RU2619917C1 - Device of guaranteed power supply - Google Patents

Device of guaranteed power supply Download PDF

Info

Publication number
RU2619917C1
RU2619917C1 RU2016116187A RU2016116187A RU2619917C1 RU 2619917 C1 RU2619917 C1 RU 2619917C1 RU 2016116187 A RU2016116187 A RU 2016116187A RU 2016116187 A RU2016116187 A RU 2016116187A RU 2619917 C1 RU2619917 C1 RU 2619917C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
input
windings
terminals
output
Prior art date
Application number
RU2016116187A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Юльянович Сувалко
Original Assignee
Акционерное общество "Конструкторское бюро специального машиностроения"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Конструкторское бюро специального машиностроения" filed Critical Акционерное общество "Конструкторское бюро специального машиностроения"
Priority to RU2016116187A priority Critical patent/RU2619917C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2619917C1 publication Critical patent/RU2619917C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
    • H02J9/062—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems for AC powered loads
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: device comprises of the identical first and second frequency converters (FC), each having respective input terminals A, B and C. The input terminals of the first FC are configured to connect to a supply line of three-phase AC current, and the input terminals of the second FC are designed to connect to a DC power source. One of the input terminals of the second FC is adapted to connect to the positive terminal of DC source, and the other two - to the negative terminal of the latter. Each FC includes output terminals for connecting a three-phase load, three identical three-phase transformers, each of which has the first and second input and output three-phase windings. The starting terminals of the phase windings of the first three-phase input winding and the ends of the phase windings of the second three-phase input windings are connected to respective input terminals A, B, C. The other terminals of each three-phase input winding are connected to a switching element corresponding to the winding in the form of a three-phase diode bridge with an electronic key in a DC circuit. The phase windings of three-phase input windings in one three-phase transformer are series-connected to the input terminals A, B, C and the phase windings of the three-phase input windings of the other two three-phase transformers are series-connected to the respective input terminals B, C, A and C, A, B. The similarly-named phase windings of three-phase output windings of three-phase transformers are series-connected in three branches making a star-connected circuit and a three-phase output for the connection to a three-phase load.
EFFECT: simplified guaranteed power supply devices and expanded functional and operational capabilities.
3 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для бесперебойного питания ответственных потребителей трехфазного переменного тока: собственных нужд атомных электростанций, средств связи, компьютерных систем.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used for uninterrupted power supply for critical consumers of three-phase alternating current: auxiliary needs of nuclear power plants, communications, computer systems.

По схемным решениям и типу используемого оборудования различают две основные группы трехфазных устройств гарантированного электропитания. К первой группе относятся комбинированные устройства гарантированного электропитания, в схемных решениях которых используются одновременно электромашинные и статические преобразователи. Вторая группа объединяет устройства, выполненные с использованием только статических преобразователей. Выбор конкретного типа устройства гарантированного электропитания осуществляется в соответствии с предъявляемыми к нему требованиями по: энергетическим характеристикам, необходимости защиты потребителей от утечки конфиденциальной информации, необходимости резервирования и способу ввода резерва, надежности, сроку службы, уровню шума.According to circuit decisions and the type of equipment used, two main groups of three-phase guaranteed power supply devices are distinguished. The first group includes combined devices of guaranteed power supply, in circuit designs of which electric and static converters are used at the same time. The second group combines devices made using only static converters. The choice of a particular type of guaranteed power supply device is carried out in accordance with the requirements for it: energy performance, the need to protect consumers from leakage of confidential information, the need for redundancy and the method of entering the reserve, reliability, service life, noise level.

Известно устройство бесперебойного питания по патенту RU 2346373 C1 H02J 9/04, 2009. Известное устройство содержит статический преобразователь, подключенный к электросети и состоящий из выпрямителя, инвертора, для подачи переменного напряжения потребителям, не нуждающимся в гальванической развязке, и накопителя энергии постоянного тока, переменное напряжение также подается на электромашинный преобразователь, состоящий из асинхронного двигателя, соединенного общим валом с возбудителем и генератором, обмотки которых расположены на совмещенном статоре, и автоматического регулятора напряжения, который через дополнительную обмотку возбудителя изменяет ток возбуждения генератора в соответствии с законом изменения тока потребителя.A known uninterruptible power supply device according to patent RU 2346373 C1 H02J 9/04, 2009. The known device comprises a static converter connected to the mains and consisting of a rectifier, an inverter, for supplying alternating voltage to consumers that do not need galvanic isolation, and a direct current energy storage device, alternating voltage is also supplied to an electric machine converter, consisting of an asynchronous motor connected by a common shaft with a pathogen and a generator, the windings of which are located on combined with Ator and automatic voltage regulator, which through an additional winding of the exciter changes generator excitation current in accordance with the current variation law consumer.

Недостатком известного устройства бесперебойного питания является необходимость двойного преобразования электроэнергии в статическом преобразователе, в том числе и электроэнергии для потребителей, нуждающихся в гальванической развязке, что существенно снижает энергетические характеристики устройства.A disadvantage of the known uninterruptible power supply device is the need for double conversion of electricity in a static converter, including electricity for consumers in need of galvanic isolation, which significantly reduces the energy characteristics of the device.

В агрегатах бесперебойного питания со статическими преобразователями питание ответственных потребителей осуществляется в нормальном режиме от сети переменного тока путем преобразования его вначале в напряжение постоянного тока с последующим преобразованием в напряжение переменного тока. При временном отключении напряжения сети трехфазного переменного тока питание ответственных потребителей осуществляется от накопителя энергии постоянного тока (электролитические конденсаторы, молекулярные накопители, аккумуляторы) путем преобразования посредством инвертора напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока.In uninterruptible power supply units with static converters, power supply for responsible consumers is carried out in normal mode from the AC network by first converting it to DC voltage and then converting it to AC voltage. In case of temporary disconnection of the three-phase alternating current network voltage, the supply of responsible consumers is carried out from the direct current energy storage device (electrolytic capacitors, molecular storage devices, batteries) by converting the direct current voltage into alternating current voltage through an inverter.

Известен агрегат бесперебойного питания с трехфазной сетью, трехфазным выпрямителем, дизель-генераторным агрегатом, переключателем входа, аккумуляторной батареей, шинами постоянного тока, первым и вторым инверторами и шинами переменного тока (RU 2225668 C1, H02J 9/06, 2004). Также агрегат снабжен стабилизатором постоянного напряжения и дополнительным трехфазным выпрямителем. Аккумуляторная батарея выполнена с первым и вторым выходами. Первый выход соединен с плюсовым зажимом трехфазного выпрямителя через первый и второй электронные ключи, второй выход соединен с плюсовой шиной постоянного напряжения через третий электронный ключ, выход которого соединен с плюсовой шиной постоянного тока и плюсовым выводом стабилизатора постоянного напряжения. Выход первого инвертора соединен с обоими входами второго инвертора с помощью трансформатора тока, выпрямителя, Г-образного фильтра, состоящего из дросселя и конденсатора. При этом к выходам обоих инверторов подключены шины переменного тока. Второй инвертор подключен к плюсовой шине постоянного тока через четвертый электронный ключ, а к минусовой шине непосредственно. Указанные электронные ключи выполнены диодными.A known uninterruptible power supply unit with a three-phase network, a three-phase rectifier, a diesel generator unit, an input switch, a battery, DC buses, the first and second inverters and AC buses (RU 2225668 C1, H02J 9/06, 2004). The unit is also equipped with a DC voltage stabilizer and an additional three-phase rectifier. The battery is made with the first and second outputs. The first output is connected to the positive terminal of the three-phase rectifier through the first and second electronic keys, the second output is connected to the positive DC bus through the third electronic switch, the output of which is connected to the positive DC bus and the positive terminal of the DC voltage stabilizer. The output of the first inverter is connected to both inputs of the second inverter using a current transformer, a rectifier, a L-shaped filter consisting of a choke and a capacitor. At the same time, AC buses are connected to the outputs of both inverters. The second inverter is connected to the positive DC bus through the fourth electronic key, and directly to the negative bus. These electronic keys are made diode.

Однако известное устройство является достаточно сложным и имеет низкие энергетические характеристики.However, the known device is quite complex and has low energy characteristics.

Известно устройство бесперебойного автоматического включения резерва по патенту RU 2503114 C1 (H02J 9/00, H02J 9/06, 2013). Известное устройство содержит выводы для подключения основной и резервной трехфазной сети, два трехфазных трансформаторно выпрямительных устройства, своими выходами подключенных на шины постоянного тока, от которых через два трехфазных инвертора и соответствующие трехфазные тиристорные ключи запитаны шины переменного тока, и выполненных по многомостовой схеме выпрямления (выпрямительные мосты), при этом многомостовая схема выпрямления содержит трехобмоточный трансформатор с двумя вторичными обмотками, соединенными по схемам «звезда» и «треугольник», которые своими входами подключены к двум вводам основной и резервной трехфазной сети постоянно, молекулярный накопитель энергии, своим зарядно-разрядным выводом подключенный к шинам постоянного тока, а благодаря тиристорным ключам обеспечивается синхронизация трехфазных инверторов при включении (отключении) неисправного трехфазного инвертора от шин переменного тока.A device for the uninterrupted automatic inclusion of a reserve according to patent RU 2503114 C1 (H02J 9/00, H02J 9/06, 2013) is known. The known device contains conclusions for connecting the main and backup three-phase network, two three-phase transformer rectifying devices, connected to DC bus with their outputs, from which AC bus is fed through two three-phase inverters and corresponding three-phase thyristor switches, and made according to a multi-bridge rectification circuit (rectifier bridges), while the multi-bridge rectification circuit contains a three-winding transformer with two secondary windings connected according to the schemes yes ”and“ triangle ”, which are permanently connected to the two inputs of the main and standby three-phase network with their inputs, a molecular energy storage device, connected to the DC bus with its charge-discharge output, and thanks to the thyristor keys, three-phase inverters are synchronized when the faulty is switched on (off) three-phase inverter from AC buses.

Недостатком известного устройства являются его не высокие энергетические показатели, обусловленные необходимостью двойного преобразования электроэнергии и необходимостью использования ряда устройств: фильтры, устройства обмена электроэнергии в инверторе.A disadvantage of the known device is its not high energy performance, due to the need for double conversion of electricity and the need to use a number of devices: filters, power exchange devices in the inverter.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков с заявляемым изобретением является устройство бесперебойного питания ответственных потребителей трехфазного переменного тока, приведенное в описании изобретения по патенту RU 2540966 C1 H02J 9/06, H02J 9/00, Н02М 5/451, 2015. Известное устройство включает в себя входные клеммы для подвода трехфазного переменного тока, тройной контактор для включения/отключения цепи переменного тока, входные клеммы для подвода постоянного тока (положительную и отрицательную), двойной контактор для включения/отключения цепи постоянного тока, а также фазные дроссели, стоящие в цепи каждой фазы, основной выпрямитель, фильтрующий конденсатор и инвертор. Положительная входная клемма подвода постоянного тока через двойной контактор и разделительные диоды подключена к точкам соединения каждого фазного дросселя с тройным контактором, отрицательная клемма подключена через двойной контактор к общей минусовой точке выпрямителя. Выпрямитель выполнен на базе транзисторных чопперов (IGBT-транзисторах и диодах), обеспечивающих регулирование напряжения при питании от сети постоянного тока. Напряжение с выпрямителя фильтруется конденсатором и поступает на вход инвертора, преобразующего постоянный ток в трехфазный переменный ток, поступающий к нагрузке. Входные клеммы постоянного тока также подключены к группе гальванической развязки из последовательно соединенных: высокочастотного инвертора, трансформатора и дополнительного нерегулируемого выпрямителя. При этом выходы дополнительного выпрямителя подключены к выходам основного выпрямителя, соответственно плюс с плюсом, минус с минусом. Таким образом, группа гальванической развязки подключена непосредственно к источнику постоянного тока, а по выходу - к выходным клеммам основного выпрямителя. Группа гальванической развязки включается только на короткое время, определяемое временем переключения силовых контакторов питающих цепей.The closest in combination of essential features with the claimed invention is an uninterruptible power supply device for responsible consumers of three-phase alternating current, described in the patent specification RU 2540966 C1 H02J 9/06, H02J 9/00, H02M 5/451, 2015. The known device includes input terminals for supplying a three-phase alternating current, a triple contactor for switching on / off the AC circuit, input terminals for supplying a direct current (positive and negative), double contactor for switching on / off Nia DC circuit, and the phase inductors facing the circuit of each phase, the main rectifier, filter capacitor, and an inverter. The positive input terminal for supplying direct current through a double contactor and isolation diodes is connected to the connection points of each phase reactor with a triple contactor, the negative terminal is connected through a double contactor to the common negative point of the rectifier. The rectifier is made on the basis of transistor choppers (IGBT transistors and diodes), which provide voltage regulation when powered by a DC network. The voltage from the rectifier is filtered by a capacitor and fed to the input of the inverter, which converts direct current into three-phase alternating current supplied to the load. DC input terminals are also connected to the galvanic isolation group of series-connected: high-frequency inverter, transformer and additional unregulated rectifier. The outputs of the additional rectifier are connected to the outputs of the main rectifier, respectively, plus with plus, minus with minus. Thus, the galvanic isolation group is connected directly to the DC source, and on the output to the output terminals of the main rectifier. The galvanic isolation group is switched on only for a short time, determined by the switching time of the power contactors of the supply circuits.

К недостаткам известного устройства можно отнести необходимость двойного преобразования электроэнергии, что усложняет устройство. Кроме того, известное устройство предполагает использование в качестве резервного источника электроснабжения ответственных потребителей трехфазного переменного тока источника постоянного тока (высоковольтной аккумуляторной батареи) с выходным напряжением 175-320 В, что обусловлено схемой подключения источника постоянного тока (параллельно выпрямителю) и необходимостью обеспечения требуемого трехфазного переменного напряжения на выходе инвертора в течение определенного (заданного) периода времени при отключении трехфазного переменного тока на входе. Использование высоковольтной аккумуляторной батареи повышает стоимость устройства в целом, отрицательно сказывается на его массогабаритных показателях и усложняет обслуживание.The disadvantages of the known device include the need for double conversion of electricity, which complicates the device. In addition, the known device involves the use as a backup source of power for critical consumers of a three-phase alternating current direct current source (high voltage battery) with an output voltage of 175-320 V, which is due to the connection of a direct current source (parallel to the rectifier) and the need to provide the required three-phase alternating current voltage at the inverter output for a certain (predetermined) period of time when disconnecting three-phase AC input current. The use of a high-voltage battery increases the cost of the device as a whole, negatively affects its overall dimensions and complicates maintenance.

Задачей настоящего изобретения является создание устройства гарантированного электропитания с улучшенными энергетическими характеристиками, питаемого от основной сети трехфазного переменного тока и резервного источника постоянного тока, обеспечивающего преобразование, как переменного трехфазного тока, так и постоянного тока в трехфазный переменный ток с требуемыми частотой и напряжением, обеспечивающего возможность использования низковольтного источника постоянного тока и способного работать в режиме выпрямителя, обеспечивая зарядку (подзарядку) источника постоянного тока.The objective of the present invention is to provide a device with guaranteed power supply with improved energy characteristics, powered from the main network of three-phase alternating current and a backup DC source, which converts both alternating three-phase current and direct current into three-phase alternating current with the required frequency and voltage, providing the possibility use of a low-voltage direct current source and capable of operating in rectifier mode, providing Charging (charging) of the constant current source.

Указанная задача решается тем, что предложено устройство гарантированного электропитания, содержащее идентичные первый и второй преобразователи частоты, включающие каждый соответствующие входные зажимы А, В, С, причем входные зажимы первого преобразователя частоты выполнены с возможностью подключения к питающей сети трехфазного переменного тока, а входные зажимы второго преобразователя частоты выполнены с возможностью подключения к источнику постоянного тока. При этом один из входных зажимов второго преобразователя частоты выполнен с возможностью подключения к плюсовому выводу источника постоянного тока, а два других - к минусовому выводу последнего. Упомянутые преобразователи частоты включают каждый выходные зажимы для подключения трехфазной нагрузки, три одинаково выполненных трехфазных трансформатора, каждый из которых включает первую и вторую входные и выходную трехфазные обмотки, начальные выводы фазных обмоток первой входной трехфазной обмотки и концы фазной обмотки второй входной трехфазной обмотки подключены к соответствующим входным зажимам А, В, С, а другие выводы каждой из входных трехфазных обмоток подключены к соответствующему этой обмотке коммутирующему элементу в виде трехфазного диодного моста с электронным ключом в цепи постоянного тока. Фазные обмотки входных трехфазных обмоток одного трехфазного трансформатора последовательно подключены к входным зажимам А, В, С, а фазные обмотки входных трехфазных обмоток двух других трехфазных трансформаторов последовательно подключены соответственно к входным зажимам В, С, А и С, А, В. При этом одноименные фазные обмотки выходных трехфазных обмоток упомянутых трехфазных трансформаторов соединены последовательно в три ветви, которые объединены в схему звезда и образуют трехфазный выход для подключения к упомянутой трехфазной нагрузке.This problem is solved by the fact that the proposed guaranteed power supply device containing identical first and second frequency converters, including each corresponding input terminals A, B, C, and the input terminals of the first frequency converter made with the possibility of connecting to the mains three-phase alternating current, and the input terminals the second frequency converter is configured to connect to a DC source. In this case, one of the input terminals of the second frequency converter is configured to connect to the positive terminal of the direct current source, and the other two to the negative terminal of the latter. The mentioned frequency converters include each output terminals for connecting a three-phase load, three equally made three-phase transformers, each of which includes the first and second input and output three-phase windings, the initial conclusions of the phase windings of the first input three-phase winding and the ends of the phase winding of the second input three-phase winding are connected to the corresponding input terminals A, B, C, and other terminals of each of the input three-phase windings are connected to a switching element corresponding to this winding a three-phase diode bridge with the electronic key in the DC circuit. The phase windings of the input three-phase windings of one three-phase transformer are connected in series to the input terminals A, B, C, and the phase windings of the input three-phase windings of two other three-phase transformers are connected in series to the input terminals B, C, A and C, A, B. phase windings of the output three-phase windings of the said three-phase transformers are connected in series in three branches, which are combined in a star circuit and form a three-phase output for connection to the three-phase heating narrower.

В варианте выполнения устройство в качестве электронного ключа содержит транзистор.In an embodiment, the device comprises a transistor as an electronic key.

В другом варианте выполнения устройство в качестве электронного ключа содержит тиристор.In another embodiment, the device as an electronic key contains a thyristor.

Технический результат использования изобретения состоит в том, что оно обеспечивает возможность непосредственного преобразования, как трехфазного переменного тока, так и постоянного тока в трехфазный переменный ток с требуемыми частотой и напряжением при использовании в том и другом случае идентичных преобразователей частоты с одной и той же принципиальной схемой, что упрощает и удешевляет устройство. При этом устройство имеет пренебрежимо малое время перехода на источник постоянного тока (аккумуляторную батарею). Вместе с этим изобретение обеспечивает возможность использования низковольтного источника постоянного тока, а также обеспечивает зарядку (подзарядку) последнего при работе устройства в нормальном режиме, что позволяет расширить функциональные возможности устройства. Кроме того, благодаря возможности использования низковольтного источника постоянного тока упрощается обслуживание устройства, что расширяет его эксплуатационные возможности.The technical result of the use of the invention lies in the fact that it provides the ability to directly convert both three-phase alternating current and direct current into three-phase alternating current with the required frequency and voltage when using identical frequency converters with the same circuit diagram in either case , which simplifies and reduces the cost of the device. Moreover, the device has a negligible transition time to a direct current source (battery). Along with this, the invention enables the use of a low-voltage direct current source, and also provides charging (recharging) of the latter when the device is operating in normal mode, which allows to expand the functionality of the device. In addition, due to the possibility of using a low-voltage direct current source, device maintenance is simplified, which expands its operational capabilities.

На фиг. 1 представлена схема заявляемого устройства гарантированного электропитания; на фиг. 2 - схема преобразователя частоты; на фиг. 3 - диаграммы формирования напряжения на выходе устройства гарантированного электропитания при питании устройства от сети трехфазного переменного тока; на фиг. 4 - диаграммы формирования напряжения на выходе устройства гарантированного электропитания при питании от источника постоянного тока; на фиг. 5 - диаграммы формирования напряжения на входном зажиме В, преобразователя частоты, подключенного к источнику постоянного тока, при питании устройства от сети трехфазного переменного тока; на фиг. 6 - то же на входном зажиме С; на фиг. 7 - то же на входном зажиме А. На диаграммах: UA1 - напряжение, формируемое на фазных обмотках трехфазных обмоток 10, 11 трехфазного трансформатора 7; UB1 - напряжение, формируемое на фазных обмотках трехфазных обмоток 13, 14 трехфазного трансформатора 8; UC1 - напряжение, формируемое на фазных обмотках трехфазных обмоток 16, 17 трехфазного трансформатора 9; UA - суммарное фазное напряжение, формируемое в фазе А устройства гарантированного электропитания (на фазных обмотках трехфазных обмоток 12, 15, 18); ω - круговая частота; t - время; 25 - 30 - интервалы включения соответствующих электронных ключей.In FIG. 1 is a diagram of the inventive device guaranteed power supply; in FIG. 2 is a diagram of a frequency converter; in FIG. 3 - diagrams of voltage formation at the output of the guaranteed power supply device when the device is powered from a three-phase alternating current network; in FIG. 4 - diagrams of the formation of voltage at the output of the guaranteed power supply when powered by a constant current source; in FIG. 5 is a diagram of voltage generation at input terminal B of a frequency converter connected to a direct current source when the device is powered from a three-phase alternating current network; in FIG. 6 - the same at the input terminal C; in FIG. 7 - the same at the input terminal A. In the diagrams: U A1 is the voltage generated on the phase windings of the three-phase windings 10, 11 of the three-phase transformer 7; U B1 is the voltage generated on the phase windings of the three-phase windings 13, 14 of the three-phase transformer 8; U C1 is the voltage generated on the phase windings of the three-phase windings 16, 17 of the three-phase transformer 9; U A is the total phase voltage generated in phase A of the guaranteed power supply device (on the phase windings of three-phase windings 12, 15, 18); ω is the circular frequency; t is the time; 25 - 30 - intervals of inclusion of corresponding electronic keys.

Устройство гарантированного электропитания содержит два идентичных преобразователя частоты 1 и 2, включающий каждый соответствующие входные зажимы А, В, С. Входные зажимы преобразователя частоты 1 выполнены с возможностью подключения к питающей сети 3 трехфазного переменного тока. Входные зажимы преобразователя частоты 2 выполнены с возможностью подключения к источнику 4 постоянного тока (аккумуляторной батарее). Один из входных зажимов преобразователя частоты 2 выполнен с возможностью подключения к плюсовому выводу источника 4 постоянного тока, а два других входных зажима - к минусовому выводу источника 4 постоянного тока. Преобразователи частоты 1 и 2 включают каждый выходные зажимы 5 для подключения трехфазной нагрузки 6, три одинаково выполненных трехфазных трансформатора 7-9. Каждый из трехфазных трансформаторов 7-9 включает две (первую и вторую) входные и выходную трехфазные обмотки. На трехфазном трансформаторе 7 расположены входные трехфазные обмотки 10, 11 и выходная трехфазная обмотка 12. На трехфазном трансформаторе 8 расположены входные трехфазные обмотки 13, 14 и выходная трехфазная обмотка 15. На трехфазном трансформаторе 9 расположены входные трехфазные обмотки 16, 17 и выходная трехфазная обмотка 18. Упомянутые входные и выходные трехфазные обмотки включают фазные обмотки. Начальные выводы фазных обмоток первой входной трехфазной обмотки и концы фазной обмотки второй входной трехфазной обмотки каждого трехфазного трансформатора подключены к соответствующим входным зажимам А, В, С, а другие выводы каждой из входных трехфазных обмоток трехфазного трансформатора подключены к соответствующему этой обмотке коммутирующему элементу 19-24 в виде трехфазного диодного моста с электронным ключом (25-30) в цепи постоянного тока. При этом фазные обмотки входных трехфазных обмоток трехфазного трансформатора 7 последовательно подключены к входным зажимам А, В, С, а фазные обмотки входных трехфазных обмоток трехфазных трансформаторов 8 и 9 последовательно подключены соответственно к входным зажимам В, С, А и С, А, В, причем одноименные фазные обмотки выходных трехфазных обмоток 12, 15, 18 трехфазных трансформаторов 7-9 соединены последовательно в три ветви, которые объединены в схему звезда и образуют трехфазный выход для подключения к трехфазной нагрузке 6.The guaranteed power supply device contains two identical frequency converters 1 and 2, including each corresponding input terminals A, B, C. The input terminals of the frequency converter 1 are configured to connect three-phase alternating current to the power supply 3. The input terminals of the frequency converter 2 are configured to be connected to a direct current source 4 (battery). One of the input terminals of the frequency converter 2 is configured to connect to the positive terminal of the DC source 4, and two other input terminals to the negative terminal of the DC source 4. Frequency converters 1 and 2 include each output terminal 5 for connecting a three-phase load 6, three equally made three-phase transformers 7-9. Each of the three-phase transformers 7-9 includes two (first and second) input and output three-phase windings. Input three-phase windings 10, 11 and output three-phase winding 12 are located on three-phase transformer 7. Input three-phase windings 13, 14 and output three-phase winding 15 are located on three-phase transformer 8. Input three-phase windings 16, 17 and output three-phase winding 18 are located on three-phase transformer 9 The mentioned input and output three-phase windings include phase windings. The initial terminals of the phase windings of the first input three-phase winding and the ends of the phase winding of the second input three-phase winding of each three-phase transformer are connected to the corresponding input terminals A, B, C, and the other terminals of each of the input three-phase windings of the three-phase transformer are connected to the switching element 19-24 corresponding to this winding in the form of a three-phase diode bridge with an electronic key (25-30) in a DC circuit. The phase windings of the input three-phase windings of the three-phase transformer 7 are connected in series to the input terminals A, B, C, and the phase windings of the input three-phase windings of the three-phase transformers 8 and 9 are connected in series to the input terminals B, C, A and C, A, B, moreover, the same phase windings of the output three-phase windings 12, 15, 18 of the three-phase transformers 7-9 are connected in series in three branches, which are combined in a star circuit and form a three-phase output for connection to a three-phase load 6.

В варианте выполнения устройство гарантированного электропитания в качестве электронных ключей содержит, например, транзисторы 25-30. В другом варианте выполнения устройство гарантированного питания в качестве электронных ключей может содержать тиристоры. Также устройство содержит блок 31 управления.In an embodiment, the guaranteed power device as electronic keys contains, for example, transistors 25-30. In another embodiment, the guaranteed power device may comprise thyristors as electronic keys. The device also includes a control unit 31.

Устройство гарантированного электропитания работает следующим образом.The guaranteed power supply device operates as follows.

В нормальном режиме устройство работает от питающей сети 3 трехфазного переменного тока. Преобразование трехфазного переменного тока в устройстве основано на принципе трехполосной модуляции, в котором модулирующая функция формирования выходной частоты и выходного напряжения в каждой фазе нагрузки реализуется путем циклических подключений трехфазных входных обмоток 10, 11, 13, 14, 16, 17 трехфазных трансформаторов 7-9 к питающей трехфазной сети 3 через равные интервалы времени одновременно по трем фазам по круговой диаграмме, а их отключение осуществляется в пределах прямой и обратной полуволн каждой из фаз входного трехфазного напряжения. Подключение трехфазных обмоток 10, 11, 13, 14, 16, 17 к сети трехфазного переменного тока осуществляется при включении ключей 25-30 в коммутирующих элементах 19-24.In normal mode, the device operates from a power supply 3 three-phase alternating current. The conversion of three-phase alternating current in the device is based on the principle of three-band modulation, in which the modulating function of generating the output frequency and output voltage in each phase of the load is realized by cyclic connections of three-phase input windings 10, 11, 13, 14, 16, 17 of three-phase transformers 7-9 to three-phase supply network 3 at equal time intervals simultaneously in three phases in a pie chart, and they are disconnected within the direct and reverse half-waves of each of the phases of the input three-phase input conjugation. The three-phase windings 10, 11, 13, 14, 16, 17 are connected to the three-phase alternating current network when the switches 25-30 in the switching elements 19-24 are turned on.

Частота выходного напряжения в устройстве гарантированного электропитания при его работе от сети переменного тока определяется выражениемThe frequency of the output voltage in the guaranteed power supply device when it is operating from the AC mains is determined by the expression

Figure 00000001
Figure 00000001

где fc - частота сети трехфазного переменного тока, f1 - частота следования управляющих импульсов, поступающих от блока 31 управления на электронные ключи 25-30.where f c is the frequency of the three-phase alternating current network, f 1 is the repetition rate of control pulses from the control unit 31 to electronic keys 25-30.

Таким образом, если необходимо устройство гарантированного электропитания с частотой трехфазного переменного тока на шинах нагрузки 50 Гц, то частота следования управляющих импульсов на ключи 25-30 должна составлять 100 Гц. Если, например, необходимо устройство с частотой трехфазного переменного тока на шинах нагрузки 400 Гц, то частота следования управляющих импульсов на ключи 25-30 должна составлять 450 Гц.Thus, if a guaranteed power supply device with a three-phase alternating current frequency on load buses of 50 Hz is needed, then the control pulse repetition rate for switches 25-30 should be 100 Hz. If, for example, you need a device with a frequency of three-phase alternating current on load buses of 400 Hz, then the repetition rate of the control pulses for switches 25-30 should be 450 Hz.

Амплитуда напряжения в фазах нагрузки в устройстве гарантированного электропитания является суммой напряжений, формируемых на всех трех фазных выходных обмотках трехфазных трансформаторов 7-9.The amplitude of the voltage in the phases of the load in the guaranteed power supply device is the sum of the voltages generated on all three phase output windings of three-phase transformers 7-9.

Плавное регулирование амплитуды напряжений на выходе устройства гарантированного электропитания осуществляется за счет изменения продолжительности включенного состояния ключей 25-30 (транзисторов или тиристоров).The smooth regulation of the voltage amplitude at the output of the guaranteed power supply device is carried out by changing the duration of the on state of the switches 25-30 (transistors or thyristors).

На фиг. 3 показана диаграмма формирования напряжения в фазе А при проводимости ключей 60° (по круговой диаграмме). В этом режиме преобразователь 2 частоты, подключенный своим входом к источнику 4 постоянного тока, работает в режиме выпрямителя, заряжая (подзаряжая) источник постоянного тока (аккумуляторную батарею). Преобразование (выпрямление) трехфазного переменного тока в преобразователе 2 частоты также основан на принципе трехполосной модуляции, в котором модулирующая функция формирования выходного напряжения в каждой фазе нагрузки реализуется путем циклических подключений трехфазных входных обмоток 10, 11, 13, 14, 16, 17 трехфазных трансформаторов 7-9 к сети трехфазного переменного тока нагрузки через равные интервалы времени одновременно по трем фазам по круговой диаграмме, а их (т.е. обмоток) отключение осуществляется в пределах прямой и обратной полуволн каждой из фаз трехфазного напряжения. Подключение трехфазных обмоток 10, 11, 13, 14, 16, 17 к сети трехфазного переменного тока нагрузки осуществляется при включении ключей 25-30 в коммутирующих элементах 19-24. При этом на зажимах В и С преобразователя 2 частоты формируется отрицательное напряжение (см. фиг. 5, 6), а на зажиме А преобразователя 2 частоты - положительное напряжение (см. фиг. 7). Частота следования управляющих импульсов на ключи 25-30 равна частоте сети трехфазного переменного тока на нагрузке 6.In FIG. Figure 3 shows a diagram of the formation of voltage in phase A with a key conductivity of 60 ° (in a pie chart). In this mode, the frequency converter 2, connected by its input to the direct current source 4, operates in the rectifier mode, charging (recharging) the direct current source (battery). The conversion (rectification) of three-phase alternating current in frequency converter 2 is also based on the principle of three-band modulation, in which the modulating function of generating the output voltage in each phase of the load is realized by cyclic connections of three-phase input windings 10, 11, 13, 14, 16, 17 of three-phase transformers 7 -9 to the network of a three-phase alternating current load at equal time intervals simultaneously in three phases in a pie chart, and their (i.e. windings) disconnection is carried out within the forward and reverse luvoln each phase of three-phase voltage. The three-phase windings 10, 11, 13, 14, 16, 17 are connected to the three-phase AC load current network when the switches 25-30 in the switching elements 19-24 are turned on. In this case, a negative voltage is generated at terminals B and C of the frequency converter 2 (see Fig. 5, 6), and a positive voltage is formed at terminal A of the frequency converter 2 (see Fig. 7). The repetition frequency of the control pulses on keys 25-30 is equal to the frequency of the three-phase alternating current network at load 6.

При отключении питающей сети 3 трехфазного переменного тока, питающего преобразователь 1 частоты, или выходе из строя преобразователя 1, преобразователь 2 частоты автоматически (без переключений в блоке 31 управления) переходит в режим преобразования постоянного напряжения источника 4 постоянного тока, подключенного к входу преобразователя 2, в трехфазный переменный ток на выходе преобразователя 2, подключенного к нагрузке 6 (диаграмма формирования выходного напряжения в фазе А показана на фиг. 4). Автоматический переход к резервному источнику энергопитания осуществляется за счет свойства преобразователя частоты проводить энергию в обоих направлениях, что обеспечивают коммутирующие элементы, выполненные с использованием трехфазных диодных мостов с управляемыми ключами в их диагоналях. Принцип преобразования электроэнергии постоянного тока в трехфазный переменный ток в преобразователе 2 частоты аналогичен принципу преобразования электроэнергии, приведенному выше. Частота следования управляющих импульсов на ключи 25-30 в этом режиме также равна частоте сети трехфазного переменного тока на нагрузке 6. Регулирование напряжения на нагрузке 6 осуществляется в преобразователях 1, 2 частоты путем изменения продолжительности включенного состояния ключей 25-30. Аналогичным образом регулируют и напряжение заряда (подзаряда) источника 4 постоянного тока в преобразователе 2.When you turn off the power supply 3 of the three-phase alternating current supplying the frequency converter 1, or the converter 1 fails, the frequency converter 2 automatically (without switching in the control unit 31) switches to the DC voltage conversion mode of the DC source 4 connected to the input of the converter 2, into a three-phase alternating current at the output of the converter 2 connected to the load 6 (a diagram of the formation of the output voltage in phase A is shown in Fig. 4). The automatic transition to the backup power source is carried out due to the property of the frequency converter to conduct energy in both directions, which is ensured by switching elements made using three-phase diode bridges with controlled keys in their diagonals. The principle of converting direct current electricity to three-phase alternating current in a frequency converter 2 is similar to the principle of electric power conversion described above. The repetition rate of control pulses to the keys 25-30 in this mode is also equal to the frequency of the three-phase alternating current network at the load 6. The voltage at the load 6 is regulated in the frequency converters 1, 2 by changing the duration of the on state of the switches 25-30. Similarly regulate the voltage of the charge (charge) of the source 4 of the direct current in the Converter 2.

Синхронизацию выходов преобразователей 1, 2 при переходе с основного источника электропитания на резервный источник электропитания и обратно обеспечивает блок 31 управления.The synchronization of the outputs of the converters 1, 2 during the transition from the main power source to the backup power source and vice versa is provided by the control unit 31.

В сравнении с ближайшим аналогом по патенту RU 2540966 предлагаемое устройство обеспечивает возможность использования в качестве резервного источника электропитания низковольтной аккумуляторной батареи с напряжением 24-48 В и менее, что достигается благодаря особенностям выполнения схемы подключения аккумуляторной батареи и использованию преобразователя частоты (циклопреобразователя), способного работать в режиме выпрямителя и преобразователя частоты (без изменения схемного решения и изменения порядка следования сигналов управления на его управляемые ключи). В нормальном режиме преобразователь 2 работает как выпрямитель, обеспечивая заряд (подзаряд) аккумуляторной батареи за счет отбора электроэнергии трехфазного переменного тока на стороне нагрузки 6, а в аварийном режиме (когда отключается сеть трехфазного переменного тока на входе устройства) он автоматически переходит в режим преобразования электроэнергии постоянного тока аккумуляторной батареи в трехфазный переменный ток, питающий нагрузку 6. Согласование уровней напряжений на аккумуляторной батарее и нагрузке обеспечивается в преобразователе 2 за счет коэффициента трансформации трехфазных трансформаторов преобразователя и регулирования напряжения в нем. Напряжение и емкость источника постоянного тока (аккумуляторной батареи) определяются временем, необходимым для отключения потребителей (например, с целью исключить потерю информации компьютерных систем), или временем, необходимым для восстановления источника трехфазного переменного тока, или временем, необходимым для подключения аварийного источника трехфазного переменного тока (например, дизельной электростанции).In comparison with the closest analogue according to patent RU 2540966, the proposed device makes it possible to use a low-voltage battery with a voltage of 24-48 V or less as a backup power source, which is achieved due to the peculiarities of the battery connection scheme and the use of a frequency converter (cyclotransformer) capable of working in the rectifier and frequency converter mode (without changing the circuit design and changing the sequence of control signals n its driven keys). In normal mode, converter 2 works as a rectifier, providing charge (recharge) of the battery due to the selection of electric power of three-phase alternating current on the load side 6, and in emergency mode (when the three-phase alternating current network at the input of the device is turned off), it automatically switches to electric power conversion mode direct current of the battery into a three-phase alternating current supplying the load 6. Coordination of voltage levels on the battery and the load is provided in pre browser 2 due to the transformation coefficient of three-phase transformers of the converter and voltage regulation in it. The voltage and capacity of a direct current source (battery) are determined by the time required to turn off consumers (for example, to prevent loss of information from computer systems), or by the time necessary to restore a three-phase AC source, or by the time necessary to connect an emergency three-phase AC source current (e.g. diesel power station).

Таким образом, благодаря особенности исполнения устройства гарантированного электропитания изобретение обеспечивает возможность создания устройства гарантированного электропитания, обеспечивающего возможность непосредственного преобразования, как трехфазного переменного тока, так и постоянного тока в трехфазный переменный ток с требуемыми частотой и напряжением при использовании в том и другом случае идентичных преобразователей частоты с одной и той же принципиальной схемой, что упрощает и удешевляет устройство. Вместе с этим изобретение обеспечивает возможность использования низковольтного источника постоянного тока, а также обеспечивает зарядку (подзарядку) последнего при работе устройства в нормальном режиме, что позволяет расширить функциональные возможности устройства гарантированного электропитания.Thus, due to the particular design of the guaranteed power supply device, the invention provides the possibility of creating a guaranteed power supply device, which enables the direct conversion of both three-phase alternating current and direct current into three-phase alternating current with the required frequency and voltage when using identical frequency converters in either case with the same circuit diagram, which simplifies and cheapens the device. Along with this, the invention provides the possibility of using a low-voltage direct current source, and also provides charging (recharging) of the latter when the device is operating in normal mode, which allows to expand the functionality of the guaranteed power supply device.

Claims (3)

1. Устройство гарантированного электропитания, содержащее идентичные первый и второй преобразователи частоты, включающие каждый соответствующие входные зажимы А, В, С, причем входные зажимы первого преобразователя частоты выполнены с возможностью подключения к питающей сети трехфазного переменного тока, а входные зажимы второго преобразователя частоты выполнены с возможностью подключения к источнику постоянного тока, при этом один из входных зажимов второго преобразователя частоты выполнен с возможностью подключения к плюсовому выводу источника постоянного тока, а два других - к минусовому выводу последнего, причем упомянутые преобразователи частоты включают каждый выходные зажимы для подключения трехфазной нагрузки, три одинаково выполненных трехфазных трансформатора, каждый из которых включает первую и вторую входные и выходную трехфазные обмотки, начальные выводы фазных обмоток первой входной трехфазной обмотки и концы фазной обмотки второй входной трехфазной обмотки подключены к соответствующим входным зажимам А, В, С, а другие выводы каждой из входных трехфазных обмоток подключены к соответствующему этой обмотке коммутирующему элементу в виде трехфазного диодного моста с электронным ключом в цепи постоянного тока, фазные обмотки входных трехфазных обмоток одного трехфазного трансформатора последовательно подключены к входным зажимам А, В, С, а фазные обмотки входных трехфазных обмоток двух других трехфазных трансформаторов последовательно подключены соответственно к входным зажимам В, С, А и С, А, В, при этом одноименные фазные обмотки выходных трехфазных обмоток упомянутых трехфазных трансформаторов соединены последовательно в три ветви, которые объединены в схему «звезда» и образуют трехфазный выход для подключения к упомянутой трехфазной нагрузке.1. A guaranteed power supply device containing identical first and second frequency converters, each including each input terminal A, B, C, and the input terminal of the first frequency converter is configured to connect to the mains three-phase alternating current, and the input terminal of the second frequency converter is made with the ability to connect to a DC source, while one of the input terminals of the second frequency converter is configured to connect to a positive an ode of a direct current source, and the other two to the minus terminal of the latter, the frequency converters mentioned including each output terminals for connecting a three-phase load, three equally made three-phase transformers, each of which includes the first and second input and output three-phase windings, the initial conclusions of the phase windings the first input three-phase winding and the ends of the phase winding of the second input three-phase winding are connected to the corresponding input terminals A, B, C, and the other terminals of each of the input terminals phase windings are connected to a switching element corresponding to this winding in the form of a three-phase diode bridge with an electronic key in a DC circuit, the phase windings of the input three-phase windings of one three-phase transformer are connected in series to the input terminals A, B, C, and the phase windings of the input three-phase windings of the other two three-phase transformers are connected in series to the input terminals B, C, A and C, A, B, respectively, while the same phase windings of the output three-phase windings of the above-mentioned three-phase transformers are connected in series in three branches, which are combined in circuit "star" and form a three-phase output for connection to said three-phase load. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве электронного ключа содержит транзистор.2. The device according to claim 1, characterized in that it contains a transistor as an electronic key. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве электронного ключа содержит тиристор.3. The device according to p. 1, characterized in that the electronic key contains a thyristor.
RU2016116187A 2016-04-25 2016-04-25 Device of guaranteed power supply RU2619917C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016116187A RU2619917C1 (en) 2016-04-25 2016-04-25 Device of guaranteed power supply

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016116187A RU2619917C1 (en) 2016-04-25 2016-04-25 Device of guaranteed power supply

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2619917C1 true RU2619917C1 (en) 2017-05-19

Family

ID=58715803

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016116187A RU2619917C1 (en) 2016-04-25 2016-04-25 Device of guaranteed power supply

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2619917C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU203267U1 (en) * 2020-10-28 2021-03-29 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования «Новосибирский Государственный Технический Университет» AC voltage regulator

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2225668C1 (en) * 2002-07-08 2004-03-10 Кириллов Николай Петрович No-break power supply unit
RU103254U1 (en) * 2010-11-26 2011-03-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет)" (ГОУВПО "МЭИ(ТУ)") FREQUENCY CONVERTER (OPTIONS)
US20140003099A1 (en) * 2012-06-29 2014-01-02 Siemens Aktiengesellschaft Frequency converter with dc link capacitor and method for pre-charging the dc link capacitor
RU2540966C1 (en) * 2013-08-08 2015-02-10 Общество с ограниченной ответственностью "Гамем" (ООО "Гамем") Static converter

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2225668C1 (en) * 2002-07-08 2004-03-10 Кириллов Николай Петрович No-break power supply unit
RU103254U1 (en) * 2010-11-26 2011-03-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет)" (ГОУВПО "МЭИ(ТУ)") FREQUENCY CONVERTER (OPTIONS)
US20140003099A1 (en) * 2012-06-29 2014-01-02 Siemens Aktiengesellschaft Frequency converter with dc link capacitor and method for pre-charging the dc link capacitor
RU2540966C1 (en) * 2013-08-08 2015-02-10 Общество с ограниченной ответственностью "Гамем" (ООО "Гамем") Static converter

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU203267U1 (en) * 2020-10-28 2021-03-29 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования «Новосибирский Государственный Технический Университет» AC voltage regulator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhou et al. Composite energy storage system involving battery and ultracapacitor with dynamic energy management in microgrid applications
US10560019B2 (en) Bipolar high-voltage network and method for operating a bipolar high-voltage network
US9166501B2 (en) Power supply unit for converting power between DC and AC and operating method of the same
Grainger et al. Power electronics for grid-scale energy storage
US10243370B2 (en) System and method for integrating energy storage into modular power converter
US9142964B2 (en) Electrical energy and distribution system
CN102484372B (en) Power conditioner for photovoltaic power generation
EP3026803A1 (en) Start-up of HVDC converters
CN210183018U (en) Grid-connected power supply system and grid-connected device of data center
RU2503114C1 (en) Device for uninterrupted automatic load transfer
EP3905509B1 (en) Off-line phase split device and inverter system
CN106030955A (en) Energy storage system including modular multilevel converter
WO2013137749A1 (en) Electrical systems with inductive power transfer-based energy balancing
KR20140118394A (en) multi-level inverter
Kusic et al. A case for medium voltage DC for distribution circuit applications
EP3539196A1 (en) 3-wire multiphase ups with bypass
CN106537748B (en) Electrical converter with high machine side common mode voltage
EP3010110A1 (en) Grid-tied photovoltaic power generation system
US9571002B2 (en) Voltage adjusting apparatus
Umuhoza et al. A SiC-based power electronics interface for integrating a battery energy storage into the medium (13.8 kV) distribution system
RU2540966C1 (en) Static converter
RU2619917C1 (en) Device of guaranteed power supply
WO2018060129A1 (en) A power converter system for power quality compensation and load balancing connected to an electric power distribution grid
RU2609770C1 (en) Guaranteed power supply device
Alaei et al. Sparse AC/AC modular multilevel converter