книги из ГПНТБ / Кривозуб Д.С. Агрегаты бесперебойного питания (лекция)

/03 e$

:V~

. *» * •^^.':iiPXg.KA ссор

5X9G3

- 3 -

Современные боевые действия характеризуются применением самых различных новойиих технических средств, основанных на использовании

электроэнергии. Ракетные комплексы, системы ПВО и ПРО, средства связи и управления войсками и многие другие объекты требуют надежно­ го и непрерывного электроснабжения. В последнее время на них стали применяться устройства, не допускающие каких-либо перерывов в пита­ нии алектрознергией и предъявляющие повышенные требования к качеству электроэнергии. Такие устройства называются ответственными потреби­ телями.

Электроснабжение ответственных потребителей при помощи обычных

способов резервирования источников электроэнергия не представляется

возможным вследствие перерыва в подаче энергии потребителям на время между отключением, одного источника и автоматическим включением дру­

гого, составляющее от долей секунды и до десятков секунд. Ответствен­ ные же потребители требуют бесперебойного питания.

Бесперебойное электроснабжение обеспечивается несколькими

автономными источниками электроэнергии (один или два ввода от внеш­ них энергосетей и защищенная электростанция) и одним или нескольки­ ми агрегатами бесперебойного питания (АБП).

Преобразователем может быть либо электромавинная установка,

либо выпрямительно-инвертирующее устройство (статический преобразо­ ватель). В первом случае непрерывность подачи электроэнергии обес­ печивается безостановочным вращением части или всей установки в указанный выше период, во втором случае - непрерывностью подачи энергии инвертирующему устройству.

В обоих случаях задача выполняется с помощью накопителя энергии.

В настоящее время получили распространение следующие накопи­ тели энергии: механические (маховики), электрохимические (аккумуля­ торные батареи) и гидропневматические (гидропневматические аккуму­ ляторы). Накопитель обусловливает конструктивное исполнение и принцип работы агрегата бесперебойного питания. Он является его основным элементом.

Существующие АБП можно классифицировать по:

- способу включения в систему электроснабжения,

-виду накопителя,

-длительности работы агрегата за счёт накопителя энергии,

-виду преобразователя,

-стабильности выходных параметров электроэнергии агрегата

при работе за счёт накопителя.

Ответственные потребители не должны лишаться питания ни в

один из этих режимов. Вследствие этого в работе агрегатов беспере­

ществляется от внешних или внутренних источников через преобразо­ ватель абп;

- аварийный, когда их питание производится только за счёт энергии накопителя АБП.

5

Независимо от того, какого типа накопители энергии использу­

ются в агрегатах бесперебойного питания, их можно разбить на две большие группы: а) с последовательным и б) параллельным включением преобразователя энергии (рис. I, а и б ).

Согласно первой схеме,от общего источника, например от сети,

энергия через коммутирующее устройство поступает в преобразователь,

который и питает ответственных потребителей (жирные стрелки). Попут­ но подготавливается аварийный источник. Преобразователями могут быть система "асинхронный двигатель - синхронный генератор" или инвертор,

а аварийным источником - инерционный маховик, вращаемый тем же дви­ гателем, или аккумуляторная ^этарея, заряжаемая через выпрямитель и питающая инвертор. Яри аварии в общем источнике энергия будет посту­ пать к потребителю от аварийного источника через тот же преобразова­ тель (пунктирные стрелки).

Эта схема удобна тем, что колебания напряжения и частоты обще­ го источника не сказываются непосредственно на потребителе 5; напря­ жение, частота, число фаз, форма кривой тока и другие параметры потребителя могут не совпадать с параметрами общего источника; может не потребоваться синхронизация преобразователя при включении его в сеть (например при системе "асинхронный двигатель - синхронный ге­ нератор").

Вторая схема принципиально сложнее. Она обычно связана с обра­ тимыми преобразователями. Например, преобразователем может явиться в одном случае синхронная машина, работающая в режиме двигателя и вращающая маховик (аварийный источник или накопитель энергии) при исправном общем источнике. При аварии в нем эта малина переходит в режим генератора, получая энергию от аварийного источника.

В другом случае преобразователем будет обратимый инвертор, ко­ торый в нормальном режиме заряжает аккумуляторную батарею, а в ава­ рийном режиме преобразует ее энергию для питания потребителей 5 пере­ менным током

7

В этой схеме параметры энергии, подучаемые от преобразователя,

должны полностью совпадать с параметрами сети (общего источника).

Малейшие отклонения их в сети сказываются на потребителе.

Обе схемы имеют довольно широкое распространение и для их выбора надо знать требования потребителя. При этом исходят и из того,

какая схема получается проще, в каком случае конструкция агрегата ком­ пактнее и стоимость ниже.

I . Маховичные агрегаты бесперебойного питания

Рассмотрим кратко принцип работы и конструктивные схемы махо-

вичных АБП, подучивших наиболее широкое распространение.

На рис. 2 представлена конструктивная схема маховичного агре­ гата бесперебойного питания с собственным резервным источником энергии (двигателем внутреннего сгорания - дизелем). Такие агрегаты имеют самое широкое распространение на практике благодаря тому, что они могут применяться автономно. Они включают в себя асинхронный дви­ гатель, синхронный генератор, маховик (аварийный источник энергии или накопитель), дизель и соединительную электромагнитную муфту.

В нормальном режиме, когда напряжение и частота общего источни­ ка 6 равны номинальным значением, асинхронный двигатель I включен

на сеть и приводит во вращение синхронный генератор 2, к которому постоянно присоединены потребители гарантированного питания 7.

Муфта 5 выключена и разъединяет дизель и остальную часть агрегата

(преобразователь). Дизель поддерживаатся в прогретом состоянии с помощью электроподогревателей масла и воды, что обеспечивает сокра­ щение времени его запуска. Маховик, жестко соединенный с валами электрических машин, вращается вместе с ними.

9

При нарушении подачи энергии от общего источника асинхрон­

тора осуществляется за счёт кинетической энергии маховика, имеюще­

го достаточно большую массу. Маховик должен обеспечить питание на­ грузки, в течение, как правило, 20-30 сек. После запуска дизеля и

включения муфты вращение генератора (и маховика) производится

дизелем.

При восстановлении напряжения общего источника асинхронный

двигатель присоединяется к сети и вновь берет на себя вращение генератора. Соединительная муфта отключается,и дизель переводится в резерв.

Агрегаты с рассмотренной конструктивной схемой выполняются

на мощности до 100 квт и более. Их отличает сравнительная простота

и компактность, способность в течение длительного времени (мото­ ресурс дизеля) обеспечить электроснабжение ответственных потреби­ телей. Однако наличие тяжелого маховика, большие габариты и не­ стабильность напряжения и частоты на выходе агрегата в аварийном режиме ограничивают область использования таких АБП.

Отечественной промышленностью выпускаются подобные агрегаты типа ДГМ-20 мощностью 20 квт.

Широкое распространение получил и маховичный агрегат, схема которого приведена на рис.З. Он не имеет собственного дизеля и соединительной муфты и применяется только в сочетании с дополнитель­ ными автоматизированными дизель-электрическини агрегатами. Он обес­ печивает бесперебойное питание потребителей в период между отключе­ нием неисправного общего источника от сборных шин объекта и вклю­ чением на них резервной ДЭС.

Такие агрегаты (типа АГМ) выпускаются на мощности 7,5; 20 и

50 квт