Устройство электропитания совмещённое уэпс с универсальным входом

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована для электропитания средств автоматики на железных дорогах, узлов связи и телекоммуникации, оборудования для управления производственными процессами, систем передачи данных, аварийных систем освещения и т.п. Устройство электропитания совмещенное УЭПС с универсальным входом (УЭПС-УВ), включающее первое (1), второе (9), третье (10), четвертое (10) устройства автоматического ввода резерва АВР. Вводы электроснабжения основной (I) и резервный (II) подсоединены к первому АВР (1), выход которого подключен к первым вводам второго (9), третьего (10) и четвертого (10) АВР, к входам устройств автоматического заряда АКБ (6), к входам AC/DC преобразователей напряжения (2), выходы которых подсоединены к ШПТ, к входам AC/DC¹ (7), выходы которых подсоединены к нагрузкам постоянного тока бесперебойного электропитания, к входам второго (9), третьего (10) и четвертого (10) АВР, ШПТ подсоединена к выходам устройств автоматического заряда АКБ (5) и к АКБ (6) через разделительные диоды, к входам и DC/DC (8), выходы которых подсоединены к нагрузкам постоянного тока бесперебойного электропитания, к DC/AC¹ (4), выходы которых подсоединены ко второму вводу второго АВР (9), к DC/AC (3) преобразователям напряжения, выходы которых подсоединены ко второму вводу третьего АВР (10), к DC/AC (3), выходы которых подсоединены ко второму вводу четвертого АВР (10), выход первого АВР (1) с универсальным входом подсоединен к нагрузке переменного тока гарантированного электропитания, выход второго АВР (9) подсоединен к нагрузке переменного тока бесперебойного электропитания, выход третьего АВР (10) подсоединен к нагрузке переменного тока бесперебойного электропитания, выход четвертого АВР (10) подсоединен к нагрузке переменного тока бесперебойного электропитания, ШПТ подсоединена к нагрузкам постоянного тока бесперебойного электропитания, устройство индикации состояния УЭПС-УВ (11) своими входами подсоединено к датчикам состояния элементов УЭПС-УВ, его выходы подсоединены к входам устройства диагностики УЭПС-УВ (12). УЭПС-УВ обеспечивает улучшение технических характеристик устройства электропитания за счет универсальности электропитанием от одного или нескольких однофазных и/или трехфазных вводов электроснабжения переменного тока с настройкой конфигурации устройства непосредственно на месте установки для обеспечения потребителей электроэнергии высококачественным бесперебойным электропитанием.

Полезная модель относится к схемам аварийного или резервного электроснабжения с электропитанием от одного или нескольких однофазных и/или трехфазных вводов электроснабжения переменного тока и автоматическим переключением вводов, предназначена для электропитания нагрузок различными напряжениями постоянного тока, различными однофазными и/или трехфазными напряжениями переменного тока, может быть использована автономно и в составе электропитающих установок, в системах электроснабжения с повышенными и особыми требованиями к устойчивости электропитания, таких, как средства автоматики на железных дорогах, компьютерные центры и центры обработки и хранения данных, узлы связи и телекоммуникаций, оборудование для управления производственными процессами, медицинское оборудование, системы вещания и спутниковой связи, системы передачи данных, аварийные системы освещения, системы безопасности, финансовые системы и услуги и другие низковольтные потребители электроэнергии.

Известна «Совмещенная питающая установка с шиной постоянного тока» [Патент РФ RU 113088], содержащая вводные устройства фидеров, вводное устройство дизель-генераторного агрегата, щит аварийного отключения фидеров, пороговые устройства контроля превышения допустимого напряжения фидера, отдельные AC/DC преобразователи напряжения, отдельную аккумуляторную батарею (АКБ), отдельное устройство автоматического заряда аккумуляторной батареи, расцепитель постоянного тока, разделительные диоды, шину постоянного тока (ШПТ), отдельные несинхронизированные (синхронизированные) DC/AC преобразователи напряжения, генерирующие однофазное/трехфазное напряжение, устройства автоматического ввода резерва (в случае применения несинхронизированных DC/AC преобразователей напряжения), преобразователи переменного напряжения, отдельные DC/DC преобразователи напряжения, устройства защиты от импульсных и коммутационных перенапряжений (УЗИП), устройство сбора, обработки и отображения контрольной и диагностической информации о состоянии элементов установки, параметров входных фидеров и выходов установки, устройство управления и обмена информацией с системами диспетчеризации (СД), удаленного мониторинга (УМ) и управления.

Недостатком такой установки является отсутствие автоматического обхода по выходу бесперебойного электропитания переменного тока напряжением 220 В при отказе DC/AC преобразователей напряжения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство электропитания совмещенное УЭПС [Патент РФ RU 131249], содержащее однофазные основной и резервный вводы электроснабжения, первое, второе и третье устройства автоматического ввода резерва (АВР), AC/DC преобразователи напряжения, автономную аккумуляторную батарею, автоматическое устройство заряда аккумуляторной батареи, DC/DC преобразователи напряжения, DC/AC преобразователи напряжения, устройство индикации состояния УЭПС, устройство диагностики УЭПС.

Недостатком данного устройства является электропитание исключительно от однофазных вводов электроснабжения.

Задачей полезной модели является создание надежного универсального устройства электропитания с электропитанием от одного или нескольких однофазных и/или трехфазных вводов электроснабжения переменного тока с возможностью электропитания от альтернативных источников электроэнергии.

Разработанное устройство позволяет обеспечить настройку конфигурации на месте установки и возможностью подключения щитка дистанционного аварийного отключения устройства.

Технический результат заключается в улучшении технических характеристик устройства электропитания с электропитанием от одного или нескольких однофазных и/или трехфазных вводов электроснабжения переменного тока для обеспечения потребителей электроэнергии высококачественным бесперебойным электропитанием.

Устройство электропитания совмещенное УЭПС с универсальным входом (УЭПС-УВ), характеризующееся наличием первого, второго, третьего, четвертого устройства автоматического ввода резерва АВР, AC/DC преобразователями напряжения, автономной аккумуляторной батареей, устройством автоматического заряда аккумуляторной батареи, DC/DC преобразователями напряжения, DC/AC преобразователями напряжения, устройством индикации состояния УЭПС-УВ, устройством диагностики УЭПС-УВ, Устройство УЭПС-УВ снабжено основным и резервным однофазными и/или трехфазными вводами электроснабжения, подсоединенными к первому устройству автоматического ввода резерва АВР с универсальным входом, выход которого подключен к первым вводам второго, третьего и четвертого устройств автоматического ввода резерва АВР, к входам устройств автоматического заряда аккумуляторной батареи, к входам AC/DC преобразователей напряжения, выходы которых подсоединены к шине постоянного тока, к входам AC/DC1 преобразователей напряжения, выходы которых подсоединены к нагрузкам постоянного тока бесперебойного электропитания, к входам второго, третьего и четвертого АВР, шина постоянного тока подсоединена к выходам устройств автоматического заряда аккумуляторной батареи и аккумуляторной батарее через разделительные диоды, к входам DC/DC преобразователей напряжения, выходы которых подсоединены к нагрузкам постоянного тока бесперебойного электропитания, к DC/AC1 преобразователям напряжения, выходы которых подсоединены ко второму вводу второго устройства автоматического ввода резерва, к DC/AC преобразователям напряжения, выходы которых подсоединены ко второму вводу третьего устройства автоматического ввода резерва, к DC/AC преобразователям напряжения, выходы которых подсоединены ко второму вводу четвертого устройства автоматического ввода резерва, выход первого устройства автоматического ввода резерва с универсальным входом АВР подсоединен к нагрузке переменного тока гарантированного электропитания, выход второго устройства автоматического ввода резерва подсоединен к нагрузке переменного тока бесперебойного электропитания, выход третьего устройства автоматического ввода резерва подсоединен к нагрузке переменного тока бесперебойного электропитания, выход четвертого устройства автоматического ввода резерва подсоединен к нагрузке переменного тока бесперебойного электропитания, шина постоянного тока подсоединена к нагрузкам постоянного тока бесперебойного электропитания, устройство индикации состояния УЭПС-УВ своими входами подсоединено к датчикам состояния элементов УЭПС-УВ, его выходы подсоединены к входам устройства диагностики УЭПС-УВ, выходы которого подсоединены к устройствам дистанционного оповещения и к каналам связи с системами диспетчерского контроля и мониторинга.

Устройство электропитания совмещенное УЭПС с универсальным входом может быть выполнено как в моноблочном виде, так и в виде блочной конструкции и дополнительно имеет возможность подключения щитка дистанционного аварийного отключения УЭПС-УВ. Устройство может обеспечивать равномерную токовую нагрузку по трем полюсам выхода первого устройства автоматического ввода резерва с универсальным входом, дополнительно может содержать второе устройство автоматического ввода резерва, автоматически определяющее тип напряжения на ШГП (однофазное/трехфазное). Устройство дополнительно может содержать перемычки и/или переключатели для настройки конфигурации устройства непосредственно на месте установки.

Заявляемое устройство иллюстрируют следующие графические материалы:

На Фиг. 1 приведена структурная схема устройства электропитания совмещенного УЭПС с универсальным входом;

На Фиг. 2 приведена структурная схема первого устройства автоматического ввода резерва с универсальным входом;

На Фиг. 3 приведена структурная схема второго устройства автоматического ввода резерва;

На Фиг. 4 приведена структурная схема третьего (четвертого) устройства автоматического ввода резерва.

На Фиг. 1-4 приняты следующие обозначения:

I - Ввод основной;

II - Ввод резервный;

1 - Первое устройство АВР с универсальным входом;

2 - AC/DC преобразователи напряжения;

3 - DC/AC преобразователи напряжения;

4 - DC/AC¹ преобразователи напряжения;

5 - Устройства автоматического заряда АКБ;

6 - АКБ;

7 - AC/DC¹ преобразователи напряжения;

8 - DC/DC преобразователи напряжения;

9 - Второе устройство АВР;

10 - Третье (четвертое) устройство АВР;

11 - Устройство индикации состояния УЭПС-УВ;

12 - Устройство диагностики УЭПС-УВ;

13 - УЗИП основного (резервного) ввода;

14 - Универсальное устройство контроля качества электроэнергии основного (резервного) ввода;

15 - Схема логики управления коммутацией вводов первого устройства АВР;

16 - Коммутатор вводов первого устройства АВР;

17 - Устройство контроля качества электроэнергии;

18 - Схема логики управления коммутацией вводов второго устройства АВР;

19 - Коммутатор вводов второго устройства АВР;

20 - УЗИП выхода переменного тока;

21 - Схема логики управления коммутацией вводов третьего (четвертого) устройства АВР;

22 - Коммутатор вводов третьего (четвертого) устройства АВР;

23 - УЗИП выхода переменного тока.

«N» - нейтральный полюс питания выхода АВР 1(1)

Вводы основной и резервный (Фиг. 1) предназначены для первичного электроснабжения УЭПС-УВ однофазным и/или трехфазным напряжением переменного тока. При этом Ввод I является основным, а Ввод II - резервным.

УЭПС-УВ может иметь третий ввод с электропитанием от альтернативного источника электроэнергии.

При наличии только одного ввода первичного электроснабжения, отвечающего действующим стандартам качества электроэнергии, он может быть подсоединен непосредственно к шине гарантированного электропитания (ШГП).

Первое устройство АВР с универсальным входом 1 и фазными полюсами питания выхода «a», «b» «c» (Фиг. 1) предназначено для защиты от грозовых и коммутационных импульсных перенапряжений со стороны вводов энергоснабжения с помощью УЗИП 13 (Фиг. 2), контроля качества электроэнергии однофазных и/или трехфазных вводов энергоснабжения с помощью устройств контроля качества электроэнергии 14 (Фиг. 2), анализа результатов контроля качества электроэнергии с помощью схемы логики управления коммутацией вводов первого устройства АВР 15 (Фиг. 2) и коммутации на выход первого устройства АВР с универсальным входом ввода, соответствующего установленным требованиям качества электроэнергии с помощью коммутатора вводов первого устройства АВР 16 (Фиг. 2) - время коммутации не более 1 с. Первое устройство АВР с универсальным входом имеет органы настройки конфигурации (перемычки и/или переключатели) для настройки типов напряжений (однофазного и/или трехфазного) по каждому из вводов энергоснабжения. На выходе первого устройства АВР с универсальным входом формируется напряжение шины гарантированного питания, при работе от трехфазного ввода полюса ШГП разделенные - трехфазные, при работе от однофазного ввода полюса ШГП объединенные - однофазные. Схема логики управления коммутацией вводов первого устройства АВР 15 (Фиг. 2) обеспечивает установку следующих режимов работы первого устройства АВР с универсальным входом:

- работа с приоритетом первого ввода;

- работа с равнозначными вводами;

- работа только от ввода I (при наличии только одного ввода электроснабжения).

AC/DC преобразователи напряжения 2 (Фиг. 1) предназначены для преобразования переменного напряжения выхода первого устройства АВР в постоянное напряжение шины постоянного тока (ШПТ), обеспечения гальванической развязки шины постоянного тока от вводов энергоснабжения и создания горячего резерва электропитания шины постоянного тока. AC/DC преобразователи напряжения обеспечивают резервированное электропитание ШПТ и поддерживают заданный уровень напряжения шины постоянного тока с высокой точностью даже при значительных отклонениях входного напряжения.

Автономная АКБ 6 (Фиг. 1) при наличии напряжения ШГП аккумулирует энергию питающего напряжения с помощью устройств автоматического заряда АКБ 5 (Фиг. 1). Устройства автоматического заряда АКБ 5 (Фиг. 1) могут получать электропитание как от одного, так и от трех полюсов ШГП. Возможно подключение АКБ к шине постоянного тока через диоды (и устройство коммутации, управляемое напряжением выхода первого устройства АВР).

При аварии (пропадании напряжений) двух вводов одновременно АКБ обеспечивает автономное электропитание всех нагрузок бесперебойного электропитания в течение времени автономии (или до запуска альтернативного источника электроэнергии).

AC/DC¹ преобразователи напряжения 7 (Фиг. 1) формируют из напряжения ШГП необходимые напряжения полюсов постоянного тока, обеспечивая при этом гальваническую развязку ШГП от выходов постоянного тока УЭПС, а так же могут обеспечивать резервирование электропитания нагрузок постоянного тока.

DC/DC преобразователи напряжения 8 (Фиг. 1) формируют из напряжения АКБ или напряжения ШПТ необходимые напряжения полюсов постоянного тока, обеспечивая при этом гальваническую развязку АКБ или шины постоянного тока от выходов постоянного тока УЭПС, а так же могут обеспечивать резервирование электропитания нагрузок постоянного тока. Возможно так же подключение нагрузок постоянного тока непосредственно к выводам АКБ.

DC/AC преобразователи напряжения 3 (Фиг. 1) предназначены для преобразования напряжения ШПТ в однофазные напряжения переменного тока, обеспечения гальванической развязки ШПТ от выходов переменного тока УЭПС-УВ и создания резерва электропитания нагрузок переменного тока.

DC/AC ¹ преобразователи напряжения 4 (Фиг. 1) предназначены для преобразования напряжения ШПТ в трехфазное напряжение переменного тока, обеспечения гальванической развязки входного напряжения от выходов переменного тока УЭПС-УВ и создания резерва электропитания нагрузок переменного тока.

Допускается применение вместо DC/AC¹ преобразователей напряжения 4 (Фиг. 1) AC/AC преобразователей напряжения с преобразованием однофазного переменного напряжения в трехфазное переменное напряжение. В этом случае входы данных преобразователей подсоединяют к одному из полюсов ШГП.

Схема подключения вышеперечисленных устройств обеспечивает равномерную нагрузку на полюса ШГП для исключения перекоса фаз при трехфазном напряжении ШГП.

Второе устройство АВР 9 (Фиг. 1) предназначено для контроля качества напряжения DC/AC¹ преобразователей напряжения 4 (Фиг. 1) и напряжения ШГП с помощью устройств контроля качества электроэнергии 17 (Фиг. 3), анализа результатов контроля качества электроэнергии с помощью схемы логики управления коммутацией вводов 18 (Фиг. 3) и коммутации на выход второго устройства АВР ввода, соответствующего установленным требованиям качества электроэнергии с помощью коммутатора вводов второго устройства АВР 19 (Фиг. 3) - время коммутации не более 1 с, а так же защиты элементов схемы УЭПС-УВ от грозовых и коммутационных импульсных перенапряжений со стороны нагрузки с помощью УЗИП выхода переменного тока 20 (Фиг. 3). Схема логики управления коммутацией вводов 19 (Фиг. 3) автоматически определяет тип напряжения ШГП (однофазное/трехфазное) и при наличии трехфазного напряжения питает им нагрузки переменного тока бесперебойного электропитания. При однофазном напряжении ШГП второе устройство АВР питает нагрузки переменного тока выходным напряжением DC/AC ¹ преобразователей напряжения 4 (Фиг. 1).

Третье (четвертое) устройство АВР 10 (Фиг. 1) предназначено для контроля наличия напряжения на выходах DC/AC преобразователей напряжения 3 (Фиг. 1), анализа результатов контроля наличия напряжения с помощью схемы логики управления коммутацией вводов 21 (Фиг. 4) и коммутации на выход третьего (четвертого) устройства АВР напряжения исправного ввода с помощью коммутатора вводов 22 (Фиг. 4) - время коммутации не более 1 с, а так же защиты элементов схемы УЭПС от грозовых и коммутационных импульсных перенапряжений со стороны нагрузки с помощью УЗИП выхода переменного тока 23 (Фиг. 4).

Устройство индикации состояния УЭПС-УВ И (Фиг. 1) предназначено для сбора информации о состоянии УЭПС-УВ, его отдельных элементов и отражения этой информации на светодиодном табло или мониторе.

Устройство диагностики УЭПС-УВ 12 (Фиг. 1) предназначено для получения диагностической информации о состоянии УЭПС-УВ и его отдельных элементов от устройства индикации состояния УЭПС-УВ, преобразования диагностической информации и передачи ее в системы диспетчерского контроля и мониторинга, а также в устройства дистанционного оповещения.

УЭПС-УВ имеет возможность подключения щитка дистанционного аварийного отключения для отключения вводов электроснабжения, АКБ и обесточивания всех нагрузок УЭПС-УВ.

Существенными признаками заявляемого устройства электропитания совмещенного УЭПС с универсальным входом являются:

1. Универсальность электропитания УЭПС-УВ от нескольких однофазных и/или трехфазных источников электроснабжения.

2. Возможность настройки конфигурации УЭПС-УВ непосредственно на месте установки с помощью встроенных органов настройки.

3. Применение в качестве второго устройства автоматического ввода резерва АВР, автоматически определяющего тип напряжения на ШГП (однофазное/трехфазное).

4. Построение схемы, обеспечивающей равномерную токовую нагрузку по трем полюсам ШГП.

5. Резервирование преобразователей напряжения и автоматический обход резервированных преобразователей при их одновременном отказе по каждому из выходов переменного тока бесперебойного электропитания.

6. Возможность применения щитка дистанционного аварийного отключения УЭПС-УВ для аварийного отключения всех источников напряжений УЭПС-УВ и обесточивания всех нагрузок.

7. Возможность построения изделия УЭПС-УВ как в моноблочном виде, так и в виде блочной конструкции.

8. Возможность построения широкого спектра более надежных питающих установок на базе УЭПС-УВ.

Технические решения, примененные в схеме устройства электропитания совмещенного УЭПС с универсальным входом, позволят создавать универсальные устройства электропитания с настройкой конфигурации устройства непосредственно на месте установки с помощью перемычек и/или переключателей, обеспечивающие более широкий спектр потребителей бесперебойным электропитанием постоянного и переменного тока высокого качества при электропитании УЭПС с универсальным входом от однофазных и/или трехфазных вводов электроснабжения переменного тока.

Таким образом заявляемое устройство электропитания совмещенное УЭПС с универсальным входом позволит создавать более надежные универсальные устройства электропитания, имеющие более высокие технические характеристики, для удовлетворения потребностей рынка энергопотребления.

1. Устройство электропитания совмещённое УЭПС с универсальным входом (УЭПС-УВ), характеризующееся наличием первого, второго, третьего, четвёртого устройства автоматического ввода резерва АВР, AC/DC преобразователями напряжения, автономной аккумуляторной батареей, устройством автоматического заряда аккумуляторной батареи, DC/DC преобразователями напряжения, DC/AC преобразователями напряжения, устройством индикации состояния УЭПС-УВ, устройством диагностики УЭПС-УВ, отличающееся тем, что УЭПС-УВ снабжено основным и резервным однофазными и/или трёхфазными вводами электроснабжения, подсоединенными к первому устройству автоматического ввода резерва АВР с универсальным входом, выход которого подключен к первым вводам второго, третьего и четвёртого устройств автоматического ввода резерва АВР, к входам устройств автоматического заряда аккумуляторной батареи, к входам AC/DC преобразователей напряжения, выходы которых подсоединены к шине постоянного тока, к входам AC/DC₁ преобразователей напряжения, выходы которых подсоединены к нагрузкам постоянного тока бесперебойного электропитания, к входам второго, третьего и четвёртого АВР, шина постоянного тока подсоединена к выходам устройств автоматического заряда аккумуляторной батареи и аккумуляторной батарее через разделительные диоды, к входам DC/DC преобразователей напряжения, выходы которых подсоединены к нагрузкам постоянного тока бесперебойного электропитания, к DC/AC₁ преобразователям напряжения, выходы которых подсоединены ко второму вводу второго устройства автоматического ввода резерва, к DC/AC преобразователям напряжения, выходы которых подсоединены ко второму вводу третьего устройства автоматического ввода резерва, к DC/AC преобразователям напряжения, выходы которых подсоединены ко второму вводу четвёртого устройства автоматического ввода резерва, выход первого АВР подсоединен к нагрузке переменного тока гарантированного электропитания, выход второго АВР подсоединен к нагрузке переменного тока бесперебойного электропитания, выход третьего АВР подсоединен к нагрузке переменного тока бесперебойного электропитания, выход четвёртого АВР подсоединен к нагрузке переменного тока бесперебойного электропитания, шина постоянного тока подсоединена к нагрузкам постоянного тока бесперебойного электропитания, устройство индикации состояния УЭПС-УВ своими входами подсоединено к датчикам состояния элементов УЭПС-УВ, его выходы подсоединены к входам устройства диагностики УЭПС-УВ, выходы которого подсоединены к устройствам дистанционного оповещения и к каналам связи с системами диспетчерского контроля и мониторинга.

2. Устройство электропитания совмещённое УЭПС с универсальным входом по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно содержит первое устройство автоматического ввода резерва с универсальным входом.

3. Устройство электропитания совмещённое УЭПС с универсальным входом по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно может быть выполнено как в моноблочном виде, так и в виде блочной конструкции.

4. Устройство электропитания совмещённое УЭПС с универсальным входом по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно имеет возможность подключения щитка дистанционного аварийного отключения УЭПС-УВ.

5. Устройство электропитания совмещённое УЭПС с универсальным входом по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно может обеспечивать равномерную токовую нагрузку по трём полюсам выхода первого устройства автоматического ввода резерва с универсальным входом.

6. Устройство электропитания совмещённое УЭПС с универсальным входом по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно может содержать второе устройство автоматического ввода резерва, автоматически определяющее тип напряжения (однофазное/трёхфазное) на ШГП.

7. Устройство электропитания совмещённое УЭПС с универсальным входом по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно может содержать перемычки и/или переключатели для настройки конфигурации устройства непосредственно на месте установки.