Устройство бесперебойного питания с преобразователем постоянного тока
Предлагаемое техническое решение относится к электротехники, в частности к устройствам бесперебойного питания (УБП) с автоматическим включением резервного питания и предназначено для бесперебойного электроснабжения потребителей постоянного тока. Техническим результатом, достигаемым при использовании предложенного УБП, является: возможность организации бесперебойного электропитания нагрузок как постоянного так и переменного тока с использования одной аккумуляторной батареи в качестве резервного источника питания на момент пропадания внешней сети; отсутствие необходимости установки внешних выпрямителей и аккумуляторных батарей; возможность легко и быстро по времени сформировать необходимую конфигурацию системы питания (увеличить мощность и/или емкость аккумуляторных батарей и т.п.) за счет простой, удобной, быстрой компоновки и «горячей замены» всех силовых модулей без выключения устройства; снижается необходимость в применении дополнительных мер по электробезопасности из-за низкого напряжения шины постоянного тока (48 В), которая используется одна, но при топологии двойного преобразования; возможность питания трехфазных устройств при питании от однофазной сети за счет использования топологии двойного преобразования с единой шиной постоянного тока. Указанные технические результаты достигаются предложенным устройством бесперебойного питания, который содержит, по меньшей мере, один вход для подключения линий однофазного и/или трехфазного переменного тока, который соединяется с выпрямителями, выходы которых соединены параллельно, и подключаются к шине постоянного тока напряжением 48 В, которая соединяется, как минимум, с одной аккумуляторной батареей и системой инверторов, содержащей, по меньшей мере, один модуль инверторов, который состоит из, по меньшей мере, двух инверторов для питания однофазной нагрузки или, по меньшей мере, трех инверторов для питания трехфазной нагрузки, и, как минимум, с одним преобразователем постоянного тока напряжением 48 В в постоянный ток напряжением 24 В или 12 В. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Предлагаемое техническое решение относится к электротехники, в частности к устройствам бесперебойного питания (УБП и предназначено для бесперебойного электроснабжения потребителей переменным и постоянным током).
Известно УБП (RU 79218 U1 МПК H02J 9/00 (2006.01), с приоритетом от 15.05.2008), содержащее по меньшей мере, 2 входа для подключения линий однофазного или трехфазного переменного тока, каждый из которых соединен со своим модулем выпрямителей, содержащим не менее 2х выпрямителей при подключении к однофазной линии, или не менее 3х выпрямителей при подключении к трехфазной линии, а выходы модулей выпрямителей соединены параллельно и через устройство питания постоянного тока с, как минимум, одной аккумуляторной батареей, подключены к системе инверторов, содержащей, по меньшей мере, 2 модуля инверторов, соединенных параллельно и каждый из которых состоит из, по меньшей мере, 2х инверторов для питания однофазной нагрузки, или, по меньшей мере, 3х инверторов для питания трехфазной нагрузки, переменное напряжение от каждого из которых подается к потребителям переменного тока на выходы устройства, гальванически развязанных от входных линий. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.
Недостатком такого УБП является ограниченность использования, например, питание внешних нагрузок постоянного тока возможно только через установленные внешние выпрямители для резервирования, которых необходимо устанавливать дополнительные аккумуляторные батареи.
Техническим результатом, достигаемым при использовании предложенного УБП, является:
- возможность организации бесперебойного электропитания нагрузок как постоянного так и переменного тока с использования одной аккумуляторной батареи в качестве резервного источника питания на момент пропадания внешней сети;
- отсутствует необходимость установки внешних выпрямителей и аккумуляторных батарей;
- возможность легко и быстро по времени сформировать необходимую конфигурацию системы питания (увеличить мощность и/или емкость аккумуляторных батарей и т.п.) за счет простой, удобной, быстрой компоновки и «горячей замены» всех силовых модулей без выключения устройства;
- снижается необходимость в применении дополнительных мер по электробезопасности из-за низкого напряжения шины постоянного тока (48 В), которая используется одна, но при топологии двойного преобразования;
- возможность питания трехфазных устройств при питании от однофазной сети за счет использования топологии двойного преобразования с единой шиной постоянного тока;
Указанные технические результаты достигаются предложенным устройством бесперебойного питания, который содержит, по меньшей мере, один вход 1 для подключения линий однофазного и/или трехфазного переменного тока, который соединяется с выпрямителями 2, выходы которых соединены параллельно, и подключаются к шине постоянного тока 3 напряжением 48 В, которая соединяется, как минимум, с одной аккумуляторной батареей 4 и системой инверторов 5, содержащей, по меньшей мере, один модуль инверторов, который состоит из, по меньшей мере, двух инверторов для питания однофазной нагрузки или, по меньшей мере, трех инверторов для питания трехфазной нагрузки, и, как минимум, с одним преобразователем 8 постоянного тока напряжением 48 В в постоянный ток напряжением 24 В или 12 В.
В предпочтительном варианте выполнения УБП, оно содержит выходы для питания нагрузок как постоянного 7 так и переменного тока 6.
В другом предпочтительном варианте выполнения УБП выходы преобразователей постоянного тока более одного соединены параллельно.
В более предпочтительном варианте выполнения УБП выходы преобразователей постоянного тока более одного имеют индивидуальный выход.
Специалисту в данной области техники очевидно, что предпочтительный вариант исполнения УБП является частным случаем и зависит от компонуемой части в то время, как базовая часть УБП остается постоянной.
Сущность устройства бесперебойного питания поясняется функциональной схемой на Фиг.1, где
1 - вход для подключения линий однофазного и/или трехфазного переменного тока,
2 - выпрямители,
3 - шина постоянного тока,
4 - аккумуляторная батарея,
5 - система инверторов,
6 - выход для питания нагрузок переменного тока,
7 - выход для питания нагрузок постоянного тока,
8 - преобразователи.
Устройство бесперебойного питания, на конкретном примере Фиг.1 выполнено по принципу модульной конструкции с переменным составом основных функциональных (силовых) блоков и элементов-выпрямителей 2 и системы инверторов 5 и возможностью полного резервирования данных основных функциональных (силовых) устройств (выпрямителей и инверторов), за счет наличия в каждом блоке избыточного числа указанных функциональных (силовых) устройств (выпрямителей и инверторов) N+1, и состоит из:
- к фидеру питания подключаются выпрямители 2, выхода которых соединены параллельно. Общее количество выпрямителей определяется мощностью нагрузки потребителя. В обычных условиях (при наличии напряжения) выпрямители преобразуют переменное напряжение сети в постоянное напряжение, которое поступает на систему инверторов 5, аккумуляторные батареи и преобразователи постоянного тока 8.
- Инвертор преобразовывает постоянное напряжение обратно в стабилизированное по частоте и амплитуде выходное переменное напряжение, которое далее через выход 6 подается к потребителям переменного тока. При отсутствии входного напряжения питание инвертора производится от аккумуляторной батареи 4. После восстановления питания выпрямитель автоматически принимает на себя питание инвертора и заряжает батарею.
- Преобразователи 8 постоянного тока преобразовывает напряжение 48 В в напряжение 24 или 12 В постоянного тока.
УБП имеет функцию автоматического и ручного байпасов Q1 обеспечивающих прямое подключение нагрузки к сборной шине при неисправности инверторов. Автоматическими переключателями байпаса служат быстродействующие ключи, размещенные внутри инверторов. Ручными переключателями байпаса служат кулачковые переключатели с дополнительными слаботочными контактами, которые отражают истинное положение этих переключателей.
Работа УБП.
Электропитание УБП осуществляется от четырех или пятипроводной сети трехфазного переменного тока 380 В (допустимые отклонения +30/-40%) частотой 50 Гц (допустимые отклонения +2,5/-2,5%) или от однофазной сети переменного тока напряжением 220 В (допустимые отклонения +30/-40%) частотой 50 Гц (допустимые отклонения +2,5/-2,5%). При отклонении сети за пределы указанных параметров питание осуществляется от АБ, при этом при провалах питающего напряжения переход на питание нагрузки от АБ не является ухудшением качества функционирования.
УБП выдерживает без повреждения импульсные перенапряжения по каждой из фаз до 4000 В длительностью до 50 мкс.
В обычных условиях (при наличии исправного источника питания) УБП получает питание от внешних источников питания. Выпрямители УБП преобразуют в постоянное напряжение, которое поступает на инверторы и аккумуляторные батареи.
Инверторы преобразовывают постоянное напряжение обратно в стабилизированное по частоте и амплитуде выходное переменное напряжение, которое далее подается к потребителям переменного тока. При отсутствии входного напряжения питание инвертора производится от аккумуляторных батарей. После восстановления питания выпрямитель автоматически принимает на себя питание инвертора и кроме того заряжает снова батарею, чтобы в случае обратного исчезновения напряжения в сети питание производилось обратно батареями.
Подключение преобразователей напряжения 24 и 12 В к шине постоянного тока с резервированием питания от аккумуляторных батарей позволяет гарантированно питать нагрузки постоянным током без дополнительных преобразований, что снижает потери на преобразование и количество применяемого оборудования. Нет необходимости в применении аккумуляторных батарей для резервирования напряжения 24 и 12 В.
Наличие преобразователя напряжения постоянного тока позволяет питать нагрузки постоянного тока без дополнительных устройств коммутации и преобразования.
1. Устройство бесперебойного питания, которое содержит, по меньшей мере, один вход для подключения линий однофазного и/или трехфазного переменного тока, который соединяется с выпрямителями, выходы которых соединены параллельно, и подключаются к шине постоянного тока напряжением 48 В, которая соединяется, как минимум, с одной аккумуляторной батареей и системой инверторов, содержащей, по меньшей мере, один модуль инверторов, который состоит из, по меньшей мере, двух инверторов для питания однофазной нагрузки или, по меньшей мере, трех инверторов для питания трехфазной нагрузки, отличающееся тем, что шина постоянного тока соединена, как минимум, с одним преобразователем постоянного тока напряжением 48 В в постоянный ток напряжением 24 В или 12 В.
2. Устройство бесперебойного питания по п.1, отличающееся тем, что содержит выходы для питания нагрузок как постоянного, так и переменного тока.
3. Устройство бесперебойного питания по п.1, отличающееся тем, что выходы преобразователей постоянного тока соединены параллельно.
4. Устройство бесперебойного питания по п.1, отличающееся тем, что выходы преобразователей постоянного тока имеют индивидуальные выходы.
