RU76514U1 - UNINTERRUPTED POWER SUPPLY SYSTEM - Google Patents
UNINTERRUPTED POWER SUPPLY SYSTEM Download PDFInfo
- Publication number
- RU76514U1 RU76514U1 RU2008114430/22U RU2008114430U RU76514U1 RU 76514 U1 RU76514 U1 RU 76514U1 RU 2008114430/22 U RU2008114430/22 U RU 2008114430/22U RU 2008114430 U RU2008114430 U RU 2008114430U RU 76514 U1 RU76514 U1 RU 76514U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- filter
- input
- power supply
- inverter
- Prior art date
Links
Abstract
Система бесперебойного электропитания может быть использована в электропитании ответственных потребителей средней и большой мощности. Система содержит входной и выходной фильтры, два уравнительных трансформатора, четырехквадрантный инвертор с широтно-импульсной модуляцией выходного напряжения по синусоидальному закону, аккумуляторную батарею и LC-фильтр. Конец первичной обмотки первого уравнительного трансформатора, через главный электронный ключ, и объединенные начала первичных обмоток уравнительных трансформаторов, через шунтирующий электронный ключ, соединены с выходом входного фильтра. Объединенные начала первичных обмоток уравнительных трансформаторов соединены также с входом выходного фильтра. Конец первичной обмотки второго уравнительного трансформатора через третий электронный ключ подключен к LC-фильтру. Вторичные обмотки уравнительных трансформаторов включены встречно-параллельно. LC-фильтр соединен с фазным выходом инвертора с широтно-импульсной модуляцией выходного напряжения по синусоидальному закону. Постоянный вход инвертора соединен с положительным выводом аккумуляторной батареи. Отрицательный вывод аккумуляторной батареи, выход LC-фильтра и вывод нагрузки объединены и соединены с электросетью. Уравнительные трансформаторы осуществляют электромагнитную связь между электросетью и инвертором с широтно-импульсной модуляцией выходного напряжения по синусоидальному закону и обеспечивают регулирование и стабилизацию напряжения на выходе системы электропитания. Система бесперебойного электропитания при номинальных значениях напряжения электросети и при отклонениях напряжения электросети, в 3 раза превышающих допустимые отклонения, осуществляет надежное электропитание потребителей и имеет повышенный КПД. 1н.з и 1 з.п. ф-лы, 1ил.The uninterruptible power supply system can be used in power supply of responsible consumers of medium and high power. The system contains input and output filters, two surge transformers, a four-quadrant inverter with pulse-width modulated output voltage according to a sinusoidal law, a battery and an LC filter. The end of the primary winding of the first equalizing transformer, through the main electronic key, and the combined beginnings of the primary windings of the equalizing transformers, through a shunt electronic key, are connected to the output of the input filter. The combined beginnings of the primary windings of equalizing transformers are also connected to the input of the output filter. The end of the primary winding of the second surge transformer is connected to the LC filter through a third electronic switch. Secondary windings of equalization transformers are included in counter-parallel. The LC filter is connected to the phase output of the inverter with pulse-width modulated output voltage according to a sinusoidal law. The constant input of the inverter is connected to the positive terminal of the battery. The negative terminal of the battery, the output of the LC filter and the output of the load are combined and connected to the mains. Equalizing transformers carry out electromagnetic coupling between the mains and the inverter with pulse-width modulation of the output voltage according to a sinusoidal law and provide voltage regulation and stabilization at the output of the power supply system. An uninterruptible power supply system with nominal values of the mains voltage and with deviations of the mains voltage 3 times higher than the permissible deviations provides reliable power to consumers and has an increased efficiency. 1n.z and 1 z.p. f-ly, 1 il.
Description
Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в электропитании ответственных потребителей средней и большой мощности.The utility model relates to the field of electrical engineering and can be used in power supply of responsible consumers of medium and high power.
Известны системы бесперебойного электропитания, выполняемые по принципу On-Line и известные как системы с двойным преобразованием, выпускаемые такими известными производителями, как АРС, Best Power, Emerson Electric, Powerware и др. (1. Excide Electronics: Источники бесперебойного электропитания корпорации Excide Electronics. Проспект фирмы, 1998 г., PC Magazine/RE, спецвыпуск, январь 1997, с.68-79. 2. Мир ИБП, Мир ПК, март 1997. С.33-57. 3. Кучеров Д.П. Источники питания ПК и периферии - Наука и техника, Санкт-Петербург, 2002 г.) Все эти системы содержат выпрямитель, аккумулятор и инвертор. Сетевое напряжение переменного тока преобразуется в напряжение постоянного тока. Одновременно часть энергии аккумулируется, причем аккумулятор постоянно подзаряжается этим напряжением постоянного тока. Затем происходит обратное преобразование постоянного напряжения в переменное, которым и питают компьютеры и компьютерные системы. При отклонениях сетевого напряжения от нормального режима электропитание компьютеров осуществляется от аккумулятора, но предварительно преобразуя его напряжение в напряжение переменного тока. Таким образом, эти системы, используют технологию двойного преобразования электрической энергии, как в нормальном режиме, так и при сбоях в электросети. Однако двойное преобразование ведет к высоким энергопотерям (8-12%). Эти известные системы характеризуются невысоким коэффициентом входной мощности из-за значительной реактивной составляющей входного импеданса (0,7÷0,8), являются источником гармонических помех (до 20-30%), вносимых во внешнюю электросеть и снижающих ее качество. Все это в конечном итоге приводит к снижению КПД.There are known On-Line uninterruptible power systems known as double conversion systems manufactured by well-known manufacturers such as APC, Best Power, Emerson Electric, Powerware, etc. (1. Excide Electronics: Uninterruptible power supplies of Excide Electronics Corporation. Prospectus of the company, 1998, PC Magazine / RE, special issue, January 1997, pp. 68-79 2. UPS world, PC world, March 1997. P.35-57 3. DP Kucherov PC power supplies and peripherals - Science and Technology, St. Petersburg, 2002) All these systems contain a rectifier, battery and inverter. The AC mains voltage is converted to DC voltage. At the same time, part of the energy is accumulated, and the battery is constantly recharged with this DC voltage. Then there is the inverse conversion of direct voltage to alternating voltage, which is fed by computers and computer systems. If the mains voltage deviates from the normal mode, the computers are powered by the battery, but before converting its voltage to AC voltage. Thus, these systems use the technology of double conversion of electric energy, both in normal mode and in case of power outages. However, double conversion leads to high energy losses (8-12%). These well-known systems are characterized by a low input power factor due to the significant reactive component of the input impedance (0.7 ÷ 0.8), they are a source of harmonic interference (up to 20-30%) introduced into the external power supply and reduce its quality. All this ultimately leads to a decrease in efficiency.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является система бесперебойного электропитания с технологией дельта-преобразования. Основная идея дельта-преобразования состоит в том, что преобразованию подвергается не вся входная мощность, а разница (дельта) между входным и выходным сигналами, при этом обеспечивается чисто синусоидальная форма выходного напряжения. За прототип принята система бесперебойного электропитания с технологией дельта-преобразования АРС Silcon. Блок-схема системы бесперебойного электропитания с дельта-преобразованием АРС Silcon и ее описание The closest technical solution to the claimed utility model is an uninterruptible power system with delta conversion technology. The main idea of the delta conversion is that not all the input power is converted, but the difference (delta) between the input and output signals, while a purely sinusoidal shape of the output voltage is provided. An uninterruptible power supply system with delta conversion technology APC Silcon was adopted as a prototype. Block diagram of uninterruptible power supply system with delta conversion APC Silcon and its description
приведены на с.2 в статье «Технология преобразования АРС Silcon», электронная версия издания помещена на сайте www.mt-810.narod.ru/telecom.html. Система бесперебойного электропитания по прототипу содержит: основной инвертор, дельта-инвертор, дельта-трансформатор, входной и выходной фильтры, LC-фильтр, аккумуляторную батарею, два электронных ключа (основной и шунтирующий), входной и выходной контакторы переменного тока и конденсатор в цепи постоянного тока, включенный между дельта-инвертором и основным инвертором параллельно аккумуляторной батарее. Один конец первичной обмотки дельта-трансформатора подключен к фазному выходу электросети через главный электронный ключ, выполненный на включенных параллельно и встречно тиристорах, входной контактор переменного тока и входной фильтр. Второй конец первичной обмотки дельта-трансформатора подключен через выходной контактор переменного тока к выходу шунтирующего электронного ключа, который через LC-фильтр подключен к фазному выходу основного инвертора. Постоянный вход основного инвертора и постоянный выход дельта-инвертора соединены с положительным выводом аккумуляторной батареи. Входы главного и шунтирующего электронных ключей объединены и соединены с одним из выводов входного контактора переменного тока. Выходной фильтр соединен с одной из клемм нагрузки. Нулевые выводы электросети объединены с выходом LC-фильтра основного инвертора и отрицательным выводом нагрузки. Основной инвертор представляет собой 4-х квадрантный инвертор на транзисторах с изолированным затвором (IGBT), использующий широтно-импульсную модуляцию. Он обеспечивает стабильность напряжения, заряд аккумуляторной батареи и питает нагрузку при работе от аккумуляторной батареи. Дельта-инвертор представляет собой 4-х квадрантный инвертор на IGВТ-транзисторах и контролирует амплитуду и синусоидальную форму входного тока, управляет зарядкой аккумуляторной батареи, сглаживает разницу входного и выходного напряжения, корректирует коэффициент мощности на входе. Входные и выходные фильтры подавляют гармонические составляющие напряжения и тока, вызываемые нагрузкой и импульсной модуляцией. Конденсатор в цепи постоянного тока обеспечивает энергетический запас для сглаживания высокочастотных колебаний и защищает аккумуляторную батарею от их влияния. Электронные ключи обеспечивают мгновенное переключение на питание от электросети в случае перегрузки или отказа инвертора (шунтирующий электронный ключ) и гарантируют, что ток не будет направлен в первичный источник во время работы от батареи при сбое питания в электросети (главный электронный ключ).are given on p.2 in the article “Silcon ARS Conversion Technology”, an electronic version of the publication is available at www.mt-810.narod.ru/telecom.html. The uninterruptible power supply system according to the prototype contains: a main inverter, a delta inverter, a delta transformer, input and output filters, an LC filter, a battery, two electronic keys (main and bypass), input and output AC contactors and a capacitor in the DC circuit current connected between the delta inverter and the main inverter in parallel with the battery. One end of the primary winding of the delta transformer is connected to the phase output of the power supply network through a main electronic switch made on thyristors connected in parallel and counterclockwise, an AC input contactor and an input filter. The second end of the primary winding of the delta transformer is connected through an AC output contactor to the output of a shunt electronic switch, which is connected through an LC filter to the phase output of the main inverter. The constant input of the main inverter and the constant output of the delta inverter are connected to the positive terminal of the battery. The inputs of the main and shunt electronic keys are combined and connected to one of the terminals of the input AC contactor. The output filter is connected to one of the load terminals. Zero conclusions of the power supply are combined with the output of the LC filter of the main inverter and the negative output of the load. The main inverter is a 4-quadrant inverter with insulated gate transistors (IGBT), using pulse-width modulation. It provides voltage stability, battery charge and feeds the load when operating on battery power. The delta inverter is a 4-quadrant inverter using IGWT transistors and controls the amplitude and sinusoidal shape of the input current, controls the charging of the battery, smoothes the difference between the input and output voltage, and corrects the input power factor. Input and output filters suppress the harmonic components of voltage and current caused by load and pulse modulation. The capacitor in the DC circuit provides an energy reserve for smoothing high-frequency oscillations and protects the battery from their influence. Electronic keys provide instant switching to power from the mains in case of inverter overload or failure (bypass electronic key) and ensure that no current is directed to the primary source during battery operation in the event of a power failure in the mains (main electronic key).
Технология систем бесперебойного электропитания с дельта-преобразованием АРС Silcon имеет следующие достоинства:The technology of uninterruptible power supply systems with delta conversion APC Silcon has the following advantages:
- полностью регулирует выходное напряжение;- fully regulates the output voltage;
- обеспечивает выходное напряжение чистой синусоидальной формы;- provides an output voltage of a pure sinusoidal shape;
- гарантирует максимальную защиту против всплесков, скачков, перепадов и отклонений напряжения;- guarantees maximum protection against surges, surges, surges and voltage deviations;
- имеет единичный входной коэффициент мощности;- has a single input power factor;
- обеспечивает менее 5% гармонических искажений входного тока;- provides less than 5% harmonic distortion of the input current;
- обладает отличной совместимостью с генераторами;- has excellent compatibility with generators;
- имеет высокий КПД, поскольку преобразованию подвергается лишь небольшая часть энергии и ее потери малы;- has a high efficiency, since only a small part of the energy is subjected to conversion and its losses are small;
- сохраняет работоспособность при 200% перегрузке.- maintains operability at 200% overload.
Однако система бесперебойного электропитания по прототипу имеет и существенные недостатки. Высокий КПД достигается при вполне определенных условиях: параметры напряжения сети соответствуют номинальным значениям, входной импеданс нагрузки имеет только активную составляющую, а сама система бесперебойного электропитания (СБП) нагружена на полную мощность. При невыполнении этих условий повышается нагрузка на основной инвертор и дельта-инвертор или снижается эффективность использования входного дельта-трансформатора, что, так или иначе, снижает КПД. К тому же эффекту приводит расширение диапазона входных напряжений для нормального режима работы. В итоге, имея преимущество по КПД (2-3%) в идеальных условиях, СБП с дельта-преобразованием проигрывают системам типа On-Line с двойным преобразованием в условиях реальных.However, the uninterruptible power supply system of the prototype has significant disadvantages. High efficiency is achieved under quite certain conditions: the mains voltage parameters correspond to the nominal values, the input impedance of the load has only the active component, and the uninterruptible power supply system (UPS) is loaded at full power. If these conditions are not met, the load on the main inverter and the delta inverter increases or the efficiency of using the input delta transformer decreases, which, one way or another, reduces the efficiency. The expansion of the input voltage range for normal operation results in the same effect. As a result, having an efficiency advantage (2–3%) under ideal conditions, delta-converted UPSs are inferior to double-conversion On-Line systems in real conditions.
По той же самой причине не всегда удается получить выигрыш при выборе генераторной установки. Рекомендуемый коэффициент запаса мощности генераторной установки 1,4...1,5 можно взять за основу лишь в том случае, если нагрузка является чисто линейной. На практике это бывает крайне редко и поэтому правильнее закладывать в расчеты коэффициент 1,5...1,8 - точно такой же, как при использовании СБП с двойным преобразованием, снабженных относительно экономичным корректирующим THD-фильтром.For the same reason, it is not always possible to win when choosing a generator set. The recommended power factor of the generating set 1.4 ... 1.5 can be taken as a basis only if the load is purely linear. In practice, this is extremely rare and therefore it is more correct to incorporate a factor of 1.5 ... 1.8 into the calculations - exactly the same as when using double conversion SBPs equipped with a relatively economical THD correction filter.
Следует также отметить, что СБП с дельта-преобразованием отличаются более высокой сложностью по сравнению с системами типа On-Line с двойным преобразованием, так как для обеспечения двунаправленной работы основного инвертора в них применяются устройства черырехквадрантного типа. Это сказывается It should also be noted that delta-conversion SBPs are more complex than double-conversion On-Line systems, since four-quadrant devices are used to ensure bi-directional operation of the main inverter. It affects
на стоимости и надежности агрегата. Кроме того, в нормальном режиме основной и дельта-инвертор должны работать синхронно с сетью. Поэтому переход СБП из автономного режима в нормальный происходит лишь после восстановления синхронизации двух инверторов с сетевьм напряжением. Сбой любого элемента системы в этом случае может стать причиной повреждения целой группы блоков. Процесс синхронизации особенно усложняется при параллельной работе нескольких СБП.on the cost and reliability of the unit. In addition, in normal mode, the main and delta inverters must operate synchronously with the network. Therefore, the transition of the UPS from autonomous mode to normal occurs only after the synchronization of two inverters with mains voltage is restored. Failure of any element of the system in this case can cause damage to a whole group of blocks. The synchronization process is especially complicated with the parallel operation of several UPSs.
Задача полезной модели упростить функциональную схему системы бесперебойного электропитания и одновременно увеличить надежность ее функционирования и КПД.The objective of the utility model is to simplify the functional diagram of an uninterruptible power supply system and at the same time increase the reliability of its operation and efficiency.
Решение задачи направлено на то, чтобы сохранить функцию дельта-преобразования, но при этом исключить из схемы один инвертор (дельта-инвертор), для чего ввести в систему два уравнительных трансформатора, которые вместе с оставшимся инвертором будут выполнять функцию дельта-инвертора. Технический результат в этом случае заключается в осуществлении электромагнитной связи между электросетью и инвертором, в регулировании, стабилизации напряжения на выходе системы бесперебойного электропитания и в упрощении процесса синхронизации элементов системы.The solution to the problem is to preserve the delta conversion function, but at the same time exclude one inverter (delta inverter) from the circuit, for which two equalizing transformers, which together with the remaining inverter, will perform the function of the delta inverter, should be introduced into the system. The technical result in this case consists in the implementation of electromagnetic coupling between the mains and the inverter, in regulation, stabilization of the voltage at the output of the uninterruptible power supply system and in simplifying the process of synchronizing system elements.
Технический результат достигается следующим образом. Заявляемая система бесперебойного электропитания, как и прототип, содержит входной фильтр, подключенный к фазному выходу электросети, выходной фильтр, с которым соединен один из выводов нагрузки, главный и шунтирующий электронные ключи, входы которых объединены и через входной контактор переменного тока соединены с выходом входного фильтра, содержит аккумуляторную батарею, четырехквадрантный инвертор с широтно-импульсной модуляцией выходного напряжения по синусоидальному закону, постоянный вход которого соединен с положительным выводом аккумуляторной батареи, и LC-фильтр, подключенный к фазному выходу четырехквадрантного инвертора с широтно-импульсной модуляцией выходного напряжения по синусоидальному закону. Выход LC-фильтра и вывод нагрузки объединены и соединены со вторым выходом электросети.The technical result is achieved as follows. The inventive uninterruptible power supply system, as well as the prototype, contains an input filter connected to the phase output of the power supply network, an output filter with which one of the load terminals is connected, main and bypass electronic keys, the inputs of which are combined and connected through the input contactor of the alternating current to the output of the input filter contains a rechargeable battery, a four-quadrant inverter with pulse-width modulated output voltage according to a sinusoidal law, whose constant input is connected to a positive Battery Odom, and LC-filter connected to the phase output of the four-quadrant inverter with pulse-width modulation of the output voltage in a sinusoidal manner. The output of the LC filter and the output of the load are combined and connected to the second output of the mains.
В отличие от прототипа заявленное устройство дополнительно содержит третий электронный ключ и два уравнительных трансформатора, первичные обмотки которых зашунтированы дополнительно введенными шунтирующими контакторами, начала первичных обмоток объединены и соединены с выходом шунтирующего электронного ключа и входом выходного фильтра, а вторичные обмотки включены встречно-параллельно. Unlike the prototype, the claimed device additionally contains a third electronic switch and two equalizing transformers, the primary windings of which are shunted by additionally introduced shunt contactors, the beginnings of the primary windings are combined and connected to the output of the shunting electronic key and the input of the output filter, and the secondary windings are turned on in parallel.
Конец первичной обмотки первого уравнительного трансформатора соединен с выходом главного электронного ключа, а конец первичной обмотки второго уравнительного трансформатора соединен с входом третьего электронного ключа, выход которого подключен к LC-фильтру. Постоянный вход четырехквадрантного инвертора с широтно-импульсной модуляцией выходного напряжения по синусоидальному закону соединен с положительным выводом аккумуляторной батареи через контактор постоянного тока. Отрицательный вывод аккумуляторной батареи объединен с выходом LC-фильтра и выводом нагрузки. Все три электронных ключа выполнены на двух параллельных встречно включенных тиристорах.The end of the primary winding of the first surge transformer is connected to the output of the main electronic switch, and the end of the primary winding of the second surge transformer is connected to the input of the third electronic switch, the output of which is connected to the LC filter. The constant input of a quadrant inverter with pulse-width modulation of the output voltage is sinusoidally connected to the positive terminal of the battery through a direct current contactor. The negative terminal of the battery is combined with the output of the LC filter and the output of the load. All three electronic keys are made on two parallel on-board thyristors.
Уравнительные трансформаторы осуществляют электромагнитную связь между электросетью и четырехквадрантным инвертором с широтно-импульсной модуляцией выходного напряжения по синусоидальному закону и обеспечивают регулирование и стабилизацию напряжения на выходе системы электропитания. Четырехквадрантный инвертор с широтно-импульсной модуляцией выходного напряжения по синусоидальному закону за счет введения в систему двух уравнительных трансформаторов выполняет функцию дельта-инвертора. В случае аварии в электросети инвертор получает электроэнергию от аккумуляторной батареи и схема работает по тому же принципу, что при классическом двойном преобразовании, т.е. по принципу On-Line (аналог). Кроме того, облегчаются условия синхронизации, т.к. применяется только один инвертор, а не два как в прототипе, и используются элементы устройства, не требующие синхронизации (уравнительные трансформаторы). Следовательно, повышается надежность заявляемого устройства.Equalizing transformers carry out electromagnetic coupling between the electric network and a four-quadrant inverter with pulse-width modulation of the output voltage according to a sinusoidal law and provide voltage regulation and stabilization at the output of the power supply system. A four-quadrant inverter with pulse-width modulation of the output voltage according to a sinusoidal law due to the introduction of two equalizing transformers into the system performs the function of a delta inverter. In the event of an accident in the mains, the inverter receives electric power from the battery and the circuit operates on the same principle as in classical double conversion, i.e. according to the On-Line principle (analog). In addition, the synchronization conditions are facilitated, since only one inverter is used, and not two as in the prototype, and device elements that do not require synchronization (surge transformers) are used. Therefore, the reliability of the claimed device is increased.
Совокупность существенных признаков, которыми характеризуется заявляемая полезная модель, заявителем из известных источников информации не выявлена. Это подтверждают новизну заявляемой полезной модели.The essential features that characterize the claimed utility model, the applicant from known sources of information has not been identified. This confirms the novelty of the claimed utility model.
На чертеже изображена схема заявляемой системы бесперебойного электропитания.The drawing shows a diagram of the inventive uninterruptible power supply system.
Система бесперебойного электропитания содержит подключенный к электросети 1 входной фильтр 2, входной контактор переменного тока 3, соединенный с объединенными входами главного электронного ключа 4 и шунтирующего электронного ключа 5, выполненных на двух параллельных встречно включенных тиристорах и два уравнительных трансформатора 6, 7: первый уравнительный трансформатор 6 с обмотками 8, 9, второй уравнительный трансформатор 7 с обмотками 10, 11. Вторичные обмотки 9, 11 уравнительных трансформаторов 6 и 7 соединены встречно-параллельно. Выход главного электронного ключа 4 соединен с концом первичной обмотки 8 первого The uninterruptible power supply system includes an input filter 2 connected to the power supply network 1, an AC input contactor 3, connected to the combined inputs of the main electronic switch 4 and the bypass electronic switch 5, made on two parallel on-board thyristors and two surge transformers 6, 7: the first surge transformer 6 with windings 8, 9, the second surge transformer 7 with windings 10, 11. The secondary windings 9, 11 of the surge transformers 6 and 7 are connected counter-parallel. The output of the main electronic key 4 is connected to the end of the primary winding 8 of the first
уравнительного трансформатора 6. Конец первичной обмотки 10 второго уравнительного трансформатора 7 соединен с входом третьего электронного ключа 12. Выход электронного ключа 12 соединен через LC-фильтр 13 с четырехквадрантным инвертором 14 с широтно-импульсной модуляцией выходного напряжения по синусоидальному закону, выполненным на базе IGВТ-транзисторов. Постоянный вход инвертора 14 соединен с одной из клемм контактора постоянного тока 15, вторая клемма которого соединена с положительным выводом аккумуляторной батареи 16. Начало первичной обмотки 8 первого уравнительного трансформатора 6 и начало первичной обмотки 10 второго уравнительного трансформатора 7 объединены и соединены с выходом шунтирующего электронного ключа 5 и с входом выходного фильтра 17. Выход выходного фильтра 17 соединен с одной из клемм нагрузки 18, вторая клемма которого объединена со вторым выходом электросети 1, выходом LC-фильтра 13 и отрицательной клеммой аккумуляторной батареи 16. Первичные обмотки 8, 10 уравнительных трансформаторов 6, 7 зашунтированы шунтирующими контакторами 19, 20.equalizing transformer 6. The end of the primary winding 10 of the second equalizing transformer 7 is connected to the input of the third electronic key 12. The output of the electronic key 12 is connected via an LC filter 13 to a four-quadrant inverter 14 with pulse-width modulated output voltage according to a sinusoidal law based on IGВТ- transistors. The constant input of the inverter 14 is connected to one of the terminals of the DC contactor 15, the second terminal of which is connected to the positive terminal of the battery 16. The beginning of the primary winding 8 of the first equalizing transformer 6 and the beginning of the primary winding 10 of the second equalizing transformer 7 are combined and connected to the output of the shunt electronic key 5 and with the input of the output filter 17. The output of the output filter 17 is connected to one of the load terminals 18, the second terminal of which is combined with the second output of the power supply 1, LC output filter 13 and the negative terminal of the battery 16. The primary windings 8, 10 of equalizing transformers 6, 7 are shunted by shunt contactors 19, 20.
Заявляемая система бесперебойного электропитания промышленно применима. Ее реализация не вызывает трудностей у специалистов в данной области. Она может быть многократно реализована с достижением одного и того же технического результата.The inventive uninterruptible power supply system is industrially applicable. Its implementation does not cause difficulties for specialists in this field. It can be repeatedly implemented with the achievement of the same technical result.
Система бесперебойного электропитания работает следующим образом. В номинальном режиме напряжение на выходе электросети 1 и инвертора 14 равны номинальному. Контакты 3, 15 замкнуты. Питание потребителей (нагрузка 18) обеспечивается от электросети 1 и инвертора 14. От указанных источников потребляется одинаковый ток, поэтому ампервитки уравнительных трансформаторов 6 и 7 равны между собой и компенсируются за счет встречного включения вторичных обмоток 9, 11, осуществляющих электрическую связь между уравнительными трансформаторами 6, 7. Если напряжение в электросети 1 повышается, изменяется соотношение токов, потребляемых от электросети 1 и инвертора 14, суммарные ампервитки уравнительных трансформаторов 6 и 7 отличаются от нуля и на их обмотках появляется напряжение разбаланса (дельта-напряжение), определяемое разностным током вторичных обмоток 9, 11, которое вычитается из напряжения электросети 1 и складывается с напряжением инвертора 14. В этом случае дельта-напряжение формируется за счет напряжения электросети 1 и благодаря электромагнитной связи между уравнительными трансформаторами 6, 7 передается в нагрузку 18. Напряжение переменного тока на нагрузке 18 равно полусумме напряжений электросети 1 и инвертора 14, превышающих номинальное напряжение. The uninterruptible power system operates as follows. In the nominal mode, the voltage at the output of the power supply network 1 and the inverter 14 are equal to the nominal. Contacts 3, 15 are closed. The consumers' power supply (load 18) is provided from the power supply network 1 and the inverter 14. The same current is consumed from the indicated sources, therefore the ampere-turns of the equalizing transformers 6 and 7 are equal to each other and are compensated by the on-line switching of the secondary windings 9, 11, which carry out electrical communication between the equalizing transformers 6 , 7. If the voltage in the power supply network 1 rises, the ratio of the currents consumed from the power supply system 1 and the inverter 14 changes, the total ampere-turns of the equalizing transformers 6 and 7 differ from zero and an unbalance voltage (delta voltage) appears on their windings, determined by the differential current of the secondary windings 9, 11, which is subtracted from the voltage of the power supply 1 and added to the voltage of the inverter 14. In this case, the delta voltage is generated due to the voltage of the power supply 1 and electromagnetic coupling between equalizing transformers 6, 7 is transferred to the load 18. The AC voltage at the load 18 is equal to half the voltage of the mains 1 and inverter 14, exceeding the rated voltage.
Наличие уравнительных трансформаторов 6, 7 позволяет регулировать, сглаживать выходное напряжение на выходе инвертора 14, оно уменьшается, пока напряжение на нагрузке 18 станет равным номинальному с заданной точностью. При уменьшении выходного напряжения электросети 1 процессы регулирования протекают аналогично, но при этом выходное напряжение инвертора 14 повышается. Во втором случае дельта-напряжение формируется за счет выходного напряжения инвертора 14 и передается в нагрузку за счет электромагнитной связи между уравнительными трансформаторами 6, 7. Если для инвертора 14 границей допустимой зоны (допустимое отклонение напряжения) будет ±ΔU, то для выходного напряжения электросети граница допустимой зоны будет составлять ±3ΔU, так как при изменении выходного напряжения электросети до напряжения UH±3ΔU, а инвертора - UH±ΔU, напряжение на нагрузке 18 будет определяться по формуле:The presence of equalizing transformers 6, 7 allows you to adjust, smooth the output voltage at the output of the inverter 14, it decreases until the voltage at the load 18 becomes equal to the nominal with a given accuracy. With a decrease in the output voltage of the power supply network 1, the control processes proceed similarly, but the output voltage of the inverter 14 rises. In the second case, the delta voltage is generated due to the output voltage of the inverter 14 and transferred to the load due to electromagnetic coupling between the equalizing transformers 6, 7. If for the inverter 14 the boundary of the permissible zone (voltage tolerance) is ± ΔU, then for the output voltage of the mains allowable zone will be ± 3ΔU, since when the output voltage of the mains is changed to a voltage of U H ± 3ΔU, and the inverter is U H ± ΔU, the voltage at load 18 will be determined by the formula:
гдe where
UH - номинальное напряжение сети,U H - rated mains voltage,
ΔU - отклонение напряжения от номинального.ΔU - voltage deviation from the nominal.
Из формулы видно, что при отклонении напряжения электросети в 3 раза больше допустимого отклонения, напряжение на нагрузке 18 не будет превышать заданное номинальное напряжение на величину допустимого отклонения ΔU. Отсюда понятно, что при отклонениях входного напряжения на 15% двойному преобразованию подвергается не 15% электроэнергии, а 5%, что ведет в конечном итоге к повышению КПД. Если учесть, что суммарные потери электроэнергии составляют 10%, то в процентах для прототипа они составляют 0,15×10%=1,5%, а в заявленной системе бесперебойного электропитания - 0,05×10%=0,5, т.е. КПД заявленной полезной модели выше, чем у прототипа.It can be seen from the formula that when the voltage deviation is 3 times greater than the permissible deviation, the voltage at the load 18 will not exceed the specified nominal voltage by the value of the permissible deviation ΔU. From this it is clear that when the input voltage deviates by 15%, not 15% of the electric energy is converted to double conversion, but 5%, which ultimately leads to an increase in efficiency. If we take into account that the total electricity loss is 10%, then in percentage for the prototype they are 0.15 × 10% = 1.5%, and in the claimed uninterruptible power supply system - 0.05 × 10% = 0.5, t. e. The efficiency of the claimed utility model is higher than that of the prototype.
При превышении входного напряжения в электросети 1 напряжения UH±3ΔU отключается входной контактор 3 и шунтирующие контакторы 19, 20 шунтируют первичные обмотки 8, 10 уравнительных трансформаторов 6, 7, исключая их взаимное влияние, а система электропитания переходит в режим on-line с двойным преобразованием, питая нагрузку 18 только от инвертора 14 и аккумуляторной батареи 16.When the input voltage in the power supply network 1 exceeds the voltage U H ± 3ΔU, the input contactor 3 is disconnected and the bypass contactors 19, 20 shunt the primary windings 8, 10 of the equalizing transformers 6, 7, eliminating their mutual influence, and the power supply system goes on-line with double by conversion, supplying the load 18 only from the inverter 14 and the battery 16.
Таким образом, система бесперебойного электропитания при номинальных значениях напряжения электросети 1 и инвертора 14, а также при отклонениях напряжения электросети 1 в диапазоне UH±3ΔU электропитание потребителей Thus, an uninterruptible power supply system at nominal voltage values of the power supply network 1 and inverter 14, as well as deviations of the voltage supply network 1 in the range U H ± 3ΔU power consumers
осуществляется от параллельно работающих источников: электросети 1 и инвертора 14, благодаря чему существенно повышается надежность электропитания.is carried out from parallel sources: power 1 and inverter 14, thereby significantly increasing the reliability of the power supply.
Использование уравнительных трансформаторов ведет к упрощению устройства, а, учитывая, что используются элементы устройства, не требующие синхронизации (уравнительные трансформаторы), упрощается процесс синхронизации, что повышает надежность устройства. Кроме того, вся входная мощность проходит через уравнительные трансформаторы 6, 7 и четырехквадрантный инвертор 14 с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) выходного напряжения по синусоидальному закону, ток которого полностью контролируется этим инвертором 14. Он формирует входной ток от первичного источника, обеспечивая его синусоидальную форму и совмещение по фазе с напряжением электросети 1. В результате, как и в прототипе, гарантируется единичный коэффициент мощности, а также значение коэффициента искажений синусоидальности тока менее 5%. Как и в прототипе, управление генерированием последовательности импульсов ШИМ происходит на основании следующих параметров:The use of equalization transformers leads to a simplification of the device, and, considering that the elements of the device that do not require synchronization (equalization transformers) are used, the synchronization process is simplified, which increases the reliability of the device. In addition, all input power passes through surge transformers 6, 7 and a four-quadrant inverter 14 with pulse-width modulation (PWM) of the output voltage according to a sinusoidal law, the current of which is completely controlled by this inverter 14. It generates an input current from the primary source, providing it with a sinusoidal shape and phase matching with mains voltage 1. As a result, as in the prototype, a single power factor is guaranteed, as well as a value of the distortion coefficient of the sinusoidal current of less than 5 % As in the prototype, the control of the generation of a PWM pulse sequence is based on the following parameters:
1. Напряжения в цепи постоянного тока, снимаемого с аккумуляторной батареи 16, и эталонного постоянного напряжения. Этим определяется значение мощности, пропускаемой через инвертор 14 и уравнительные трансформаторы 6, 7.1. The voltage in the DC circuit removed from the battery 16, and the reference constant voltage. This determines the value of the power transmitted through the inverter 14 and surge transformers 6, 7.
2. Реального входного тока, потребляемого из электросети 1 и сигнала эталонного гармонического генератора, синхронизированного с напряжением первичного источника, что гарантирует синусоидальную форму тока, а также его согласование по фазе с напряжением электросети.2. The actual input current consumed from the power supply network 1 and the signal of the reference harmonic generator synchronized with the voltage of the primary source, which guarantees a sinusoidal current shape, as well as its coordination in phase with the voltage of the power supply.
В нормальном рабочем режиме заявляемая СБП, как и прототип, выдерживает 200-процентную перегрузку в течение 60 секунд, что обеспечивается параллельной работой двух источников (электросети 1 и аккумуляторной батареи 16).In normal operating mode, the claimed SBP, like the prototype, can withstand 200 percent overload for 60 seconds, which is ensured by the parallel operation of two sources (power supply 1 and battery 16).
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008114430/22U RU76514U1 (en) | 2008-04-14 | 2008-04-14 | UNINTERRUPTED POWER SUPPLY SYSTEM |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008114430/22U RU76514U1 (en) | 2008-04-14 | 2008-04-14 | UNINTERRUPTED POWER SUPPLY SYSTEM |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU76514U1 true RU76514U1 (en) | 2008-09-20 |
Family
ID=39868518
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008114430/22U RU76514U1 (en) | 2008-04-14 | 2008-04-14 | UNINTERRUPTED POWER SUPPLY SYSTEM |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU76514U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2513902C1 (en) * | 2012-12-28 | 2014-04-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте" (ОАО "НИИАС") | Switched mode power supply unit |
-
2008
- 2008-04-14 RU RU2008114430/22U patent/RU76514U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2513902C1 (en) * | 2012-12-28 | 2014-04-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте" (ОАО "НИИАС") | Switched mode power supply unit |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Abusara et al. | Line-interactive UPS for microgrids | |
| Zhou et al. | Composite energy storage system involving battery and ultracapacitor with dynamic energy management in microgrid applications | |
| US5198970A (en) | A.C. power supply apparatus | |
| JP5783490B2 (en) | Power inverter with multiple supply on-board power supply | |
| EP2424100A2 (en) | Electric power converter | |
| CN105633959A (en) | Uninterruptible power supply and control method thereof | |
| US10797616B2 (en) | Power electronic converters that take part in the grid regulation without affecting the DC-port operation | |
| EA025816B1 (en) | Control method, control device and mobile electric power storage apparatus | |
| US10014687B2 (en) | Grid-tied photovoltaic power generation system | |
| Reddy et al. | Multi-objective control algorithm for small hydro and SPV generation-based dual mode reconfigurable system | |
| US20120119583A1 (en) | Combined dc power source and battery power converter | |
| US9768617B2 (en) | Power management system comprising a power source, a source of renewable energy, and a power converter | |
| RU2513547C1 (en) | Static reversible converter for power supply of alternating and direct-current consumers | |
| RU2540966C1 (en) | Static converter | |
| KR20040057673A (en) | N+1 Module Type UPS Having Self-Support Control Structure | |
| RU76514U1 (en) | UNINTERRUPTED POWER SUPPLY SYSTEM | |
| Jou et al. | Novel line-interactive uninterruptible power supply | |
| Onge et al. | A new multi-port active DC-link for PMG-based WECSs | |
| RU95434U1 (en) | MULTIFUNCTIONAL ENERGY COMPLEX (IEC) | |
| RU2475922C1 (en) | Ac voltage converter | |
| JP6618210B2 (en) | Uninterruptible power system | |
| RU2481691C1 (en) | Static converter | |
| KR20220044996A (en) | Vehicle-Grid-Home Power Interface | |
| RU2609770C1 (en) | Guaranteed power supply device | |
| Lim et al. | Hybrid UPS with energy storage system function |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20090415 |