РЕВЕРСИВНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ МЕЖДУ СЕТЯМИ ПЕРЕМЕННОГО И ПОСТОЯННОГО ТОКА

РЕВЕРСИВНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ МЕЖДУ СЕТЯМИ ПЕРЕМЕННОГО И ПОСТОЯННОГО ТОКА


RU (11) 2343615 (13) C1

(51) МПК
H02J 9/06 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 11.01.2009 - нет данных 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2007143397/09 
(22) Дата подачи заявки: 2007.11.22 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2007.11.22 
(45) Опубликовано: 2009.01.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: SU 769679A, 07.10.1980. SU 1596423 A, 30.09.1990. JP 20044336933 A, 25.11.2004. 
(72) Автор(ы): Архипов Андрей Викторович (RU); Ляпидов Константин Станиславович (RU); Никифоров Борис Владимирович (RU); Федоров Андрей Евгеньевич (RU); Кротенко Алексей Васильевич (RU); Пжилуский Антон Анатольевич (RU); Киселев Василий Иванович (RU); Юдин Андрей Николаевич (RU); Хамизов Руслан Русланович (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Закрытое акционерное общество "ИРИС" (RU) 
Адрес для переписки: 346410, Ростовская обл., г. Новочеркасск, п/о 10, а/я 23, ЗАО "ИРИС", генеральному директору А.П. Темиреву 

(54) РЕВЕРСИВНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ МЕЖДУ СЕТЯМИ ПЕРЕМЕННОГО И ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к области электротехники, в частности, к преобразователям напряжения, предназначенным для электропитания потребителей напряжения постоянного тока, а также для заряда, тренировочного заряда, формования в режиме автоматического оптимального заряд-разряда аккумуляторных батарей сетей напряжения постоянного тока. Изобретение может быть использовано для бесперебойного электропитания высокостабильным напряжением постоянного тока двух номиналов и трехфазным переменным током с частотой 50 Гц напряжением 380/220 В или однофазным переменным током с частотой 50 Гц напряжением 220 В ответственных потребителей различных объектов (подвижных и стационарных) промышленного и военного назначения. Технический результат изобретения состоит в том, что в предлагаемом преобразователе напряжения реализовано автоматическое реверсирование работы для обеспечения возможности передачи электрической энергии от сети переменного тока к сети постоянного тока и обратно (от сети постоянного тока к сети переменного тока), позволяющее не только постоянно поддерживать аккумуляторную батарею в работоспособном состоянии, одновременно обеспечивая возврат энергии (в режиме разряда аккумуляторной батареи), накопленной в аккумуляторной батарее, в сеть переменного тока и, соответственно, обеспечивая значительную экономию электроэнергии в сети переменного тока, но и достигнуть максимально возможной безотказности электропитания ответственных потребителей как постоянного, так и переменного тока на объектах различного назначения, использующих для электропитания потребителей одну сеть напряжения переменного тока и одну сеть напряжения постоянного тока. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к области электротехники, в частности, к преобразователям напряжения, предназначенным для электропитания потребителей напряжения постоянного тока, а также для заряда, тренировочного заряда, формования в режиме автоматического оптимального заряд-разряда аккумуляторных батарей сетей напряжения постоянного тока. Изобретение может быть использовано для бесперебойного электропитания высокостабильным напряжением постоянного тока двух номиналов и трехфазным переменным током с частотой 50 Гц напряжением 380/220 В или однофазным переменным током с частотой 50 Гц напряжением 220 В ответственных потребителей различных объектов (подвижных и стационарных) промышленного и военного назначения.

Известно устройство бесперебойного электропитания (Патент РФ №2221320. Устройство бесперебойного электропитания многоканальное стабилизирующее, МПК 8 H02J 7/34, имя патентообладателя: Никитин И.Е., Бушуев В.М.), содержащее сетевой выпрямитель, выводами переменного тока подключенный к промышленной сети электроснабжения переменного тока, а выводами постоянного тока - к входным выводам зарядно-буферного преобразователя (ЗБП), выходные выводы постоянного тока которого подключены к резервной аккумуляторной батарее и входам преобразователей напряжения (ПН) постоянного тока в постоянный. По числу каналов выходного напряжения ЗБП и ПН выполнены по схеме высокочастотного преобразования и состоят из инвертора, узла управления с ШИМ-регулятором и трансформаторно-выпрямительного узла (ТВУ), первичная обмотка трансформатора которого подключена к выводам переменного тока инвертора, а выходы постоянного тока ТВУ образуют выходные выводы устройства. Причем, ПН выполнены по схеме с двумя входными фидерами электроснабжения, для чего в них введены коммутатор импульсов управления (КИУ) и дополнительный инвертор, входные силовые выводы которого подключены к выходу сетевого выпрямителя и входу контроля КИУ, а выходы переменного тока - к введенной второй первичной обмотке трансформатора узла ТВУ.

Недостатком данного устройства бесперебойного электропитания является то, что в нем не обеспечена возможность рекуперации энергии аккумуляторной батареи в питающую промышленную сеть переменного тока.

Кроме этого состав данного устройства бесперебойного электропитания избыточен, так как заряд аккумуляторной батареи обеспечивается отдельным зарядно-буферным преобразователем, а в составе выходных преобразователей напряжения постоянного тока в постоянный для питания нагрузки используются два канала инвертирования (с основным и с дополнительным инверторами), один из которых через сетевой выпрямитель работает только от питающей промышленной сети, а второй -только от аккумуляторной батареи.

Известен зарядно-разрядный преобразователь (Зарядно-разрядный преобразователь ЗРП-150/50, http://www.blesk-nvf.ru/ZRP 150-50.html), поставляемый Обществом с ограниченной ответственностью "Элмашпром" (Поставщик: "Элмашпром", Россия, г.Нижний Новгород (http://www.promspravka.com/catalog/D/DL/31/l/10/5/50/130/auto/2/Zaryadka 440.html?f=1&1=0), представляющий собой трехфазный тиристорный реверсивный преобразователь, предназначенный для заряда, тренировочного заряда, формования в режиме автоматического оптимального заряд-разряда до десяти 12-вольтовых и до пяти 24-вольтовых аккумуляторных батареек одновременно. В режиме разряда энергия, вырабатываемая аккумуляторными батареями, инвертируется в питающую сеть 3˜50 Гц, 380/220 В. Недостатком данного зарядно-разрядного преобразователя является то, что в нем имеется только один выход напряжения постоянного тока.

Кроме этого, переключение режимов работы преобразователя (заряд, тренировочный заряд, формование аккумуляторных батарей в режиме автоматического заряд-разряда) производится вручную, что не позволяет обеспечить бесперебойность электропитания (при аварийном отключении питающей сети) от зарядно-разрядного преобразователя ЗРП-150/50 ответственных потребителей, которые также подключены к питающей сети 3˜50 Гц, 380/220 В.

Наиболее близким по исполнению аналогом, принятым в качестве прототипа предлагаемого изобретения, является двухкаскадный преобразователь напряжения с интеллектуальной защитой от режимов перегрузки и токов коротких замыканий (Патент РФ №2314621 на изобретение «Двухкаскадный преобразователь напряжения с интеллектуальной защитой от режимов перегрузки и токов коротких замыканий», МПК 8 H02J 9/06).

В данном двухкаскадном преобразователе напряжения для выпрямления напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока и для инвертирования напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока используются универсальные силовые реверсивные ячейки: однофазные (или, при необходимости, трехфазные) инверторно-выпрямительные схемы, собранные из IGBT-ключей. Инверторно-выпрямительная мостовая схема имеет два силовых входа-выхода и после подачи на соответствующий силовой вход-выход напряжения постоянного тока (при скоординированном управлении IGBT-ключами моста, как правило, используется, так называемое, ШИМ-управление) обеспечивает инвертирование напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока и вывод его на второй силовой вход-выход, то есть силовая реверсивная ячейка в этом случае работает в качестве управляемого инвертора. При подаче напряжения переменного тока на противоположный силовой вход-выход инверторно-выпрямительной мостовой схемы питающее напряжение переменного тока выпрямляется в напряжение постоянного тока, причем в управлении IGBT-ключами моста, как правило, нет необходимости, то есть силовая реверсивная ячейка в этом случае может работать в качестве неуправляемого выпрямителя.

Двухкаскадный преобразователь напряжения состоит: из первого канала преобразования напряжения основной сети напряжения постоянного тока с аккумуляторной батареей, включающего последовательно соединенные первый фильтр, первый инвертор-выпрямитель (в данном преобразователе используется только в качестве управляемого инвертора), первый датчик тока, первый трансформатор, второй инвертор-выпрямитель (в данном преобразователе используется только в качестве неуправляемого выпрямителя), второй фильтр, второй датчик тока, третий инвертор-выпрямитель (в данном преобразователе используется только в качестве управляемого инвертора), третий фильтр, третий датчик тока и сеть переменного тока с группой потребителей напряжения переменного тока, и из второго канала преобразования напряжения резервной сети напряжения постоянного тока с аккумуляторной батареей, включающего последовательно соединенные четвертый фильтр, четвертый инвертор-выпрямитель (в данном преобразователе используется только в качестве управляемого инвертора), четвертый датчик тока, второй трансформатор, пятый инвертор-выпрямитель (в данном преобразователе используется только в качестве неуправляемого выпрямителя), пятый фильтр, пятый датчик тока, выход которого подключен между вторым датчиком тока и третьим инвертором-выпрямителем первого канала преобразования напряжения основной сети напряжения постоянного тока, а также из многокомпонентной системы управления, собранной на базе двух микроконтроллеров с оперативным запоминающим устройством, часов реального времени, энергонезависимого запоминающего устройства, двух аналого-цифровых преобразователей, четырех датчиков напряжения, трех блоков драйверов силовых ключей, трех компараторов, трех схем блокировки, двух модулей дискретного ввода-вывода, панели индикации и управления, адаптера информационной шины, шины информационного обмена, внешней системы управления и двух блоков питания с гальванической развязкой от основной и резервной сети напряжения постоянного тока.

Недостатками преобразователя по прототипу являются следующие признаки.

Главным недостатком данного устройства двухкаскадного преобразователя напряжения является то, что он не является реверсивным, так как в нем не обеспечена возможность передачи электроэнергии в питающую сеть постоянного тока и соответственно возможность заряда аккумуляторной батареи, подключенной к этой сети.

Кроме этого в двухкаскадном преобразователе напряжения:

- имеется только один выход для потребителей - выход напряжения переменного тока, вследствие чего отсутствует возможность электропитания потребителей постоянного тока, которым требуется значение номинала напряжения, отличающееся от напряжения питающей сети постоянного тока;

- обеспечивается возможность бесперебойного электропитания только для потребителей переменного тока;

- для обеспечения бесперебойности электропитания потребителей переменного тока необходимо подключение к двум независимым питающим сетям постоянного тока (основная и резервная сети питания);

- в связи с наличием второго канала преобразования напряжения, работающего от резервной сети постоянного тока, - большая избыточность каналов инвертирования.

Задачами изобретения являются:

- обеспечение эффективного нормального и ускоренного заряда, тренировочного заряда, формования в режиме автоматического заряд-разряда пластин аккумуляторной батареи, входящей в состав сети напряжения постоянного тока объекта;

- обеспечение реверсивности работы преобразователя напряжения с возможностью рекуперации энергии, накопленной в аккумуляторной батарее, в сеть напряжения переменного тока (как в режиме формования при разряде аккумуляторной батареи, так и после аварийного отключения источника напряжения сети переменного тока);

- обеспечение экономии электроэнергии в сети переменного тока (восполнение электроэнергии для питания потребителей сети переменного тока) в режиме рекуперации энергии, накопленной в аккумуляторной батарее, вместо ее безвозвратной потери, например, на тепловое рассеяние;

- бесперебойное электропитание ответственных потребителей высокостабильным напряжением постоянного тока двух номиналов с широким диапазоном регулирования;

- бесперебойное электропитание ответственных потребителей напряжением переменного синусоидального однофазного или трехфазного тока ˜50 Гц, 380/220 В;

- в комплексе - достижение максимально возможной безотказности электропитания ответственных потребителей различных объектов (подвижных и стационарных) промышленного и военного назначения, как постоянного, так и переменного тока за счет обеспечения автоматического переключения режимов передачи электрической энергии между сетями напряжения переменного и постоянного тока.

Поставленная задача решается тем, что в реверсивный преобразователь напряжения для передачи электроэнергии между сетями переменного и постоянного тока, состоящий из соединенных последовательно сети напряжения переменного тока с группой потребителей напряжения переменного тока, первого датчика тока, первого фильтра, первого инвертора-выпрямителя, второго фильтра, второго инвертора-выпрямителя, трансформатора, третьего инвертора-выпрямителя, третьего фильтра, сети напряжения постоянного тока с аккумуляторной батареей; второго датчика тока, первого и второго датчика напряжения, аналого-цифрового преобразователя, первого, второго и третьего блока драйверов силовых ключей, микроконтроллера с оперативным запоминающим устройством, модуля дискретного ввода-вывода, панели индикации и управления, часов реального времени, энергонезависимого запоминающего устройства, адаптера информационной шины, шины информационного обмена, внешней системы управления; к первому входу аналого-цифрового преобразователя информационный выход первого датчика тока, ко второму входу через первый датчик напряжения подключен вход-выход сети напряжения переменного тока с группой потребителей напряжения переменного тока, выход аналого-цифрового преобразователя подключен к первому входу микроконтроллера с оперативным запоминающим устройством, ко второму входу микроконтроллера с оперативным запоминающим устройством подключены часы реального времени, к третьему входу - энергонезависимое запоминающее устройство, к первому входу-выходу микроконтроллера с оперативным запоминающим устройством через модуль дискретного ввода-вывода подключена панель индикации и управления, ко второму входу-выходу - через адаптер информационной шины и шину информационного обмена внешняя система управления, первый выход микроконтроллера с оперативным запоминающим устройством через первый блок драйверов силовых ключей подключен к управляющему входу первого инвертора-выпрямителя, введены первая и вторая группа потребителей напряжения постоянного тока, блок защиты и источник бесперебойного питания с аккумуляторной батареей, первая группа потребителей напряжения постоянного тока подключена к выходу второго фильтра, вторая группа потребителей напряжения постоянного тока подключена к выходу сети напряжения постоянного тока с аккумуляторной батареей, блок защиты включен в разрыв между третьим инвертором-выпрямителем и третьим фильтром, второй датчик тока включен в разрыв между третьим фильтром и сетью напряжения постоянного тока с аккумуляторной батареей, к третьему входу аналого-цифрового преобразователя подключен информационный выход второго датчика тока, к четвертому входу через второй датчик напряжения подключен вход-выход сети напряжения постоянного тока с аккумуляторной батареей, второй выход микроконтроллера с оперативным запоминающим устройством через второй блок драйверов силовых ключей подключен к управляющему входу второго инвертора-выпрямителя, третий выход через третий блок драйверов силовых ключей подключен к управляющему входу третьего инвертора-выпрямителя, выход сети напряжения переменного тока с группой потребителей напряжения переменного тока подключен к входу источника бесперебойного питания с аккумуляторной батареей, выход источника бесперебойного питания с аккумуляторной батареей подключен к соответствующим входам электропитания микроконтроллера с оперативным запоминающим устройством аналого-цифрового преобразователя, первого, второго и третьего блока драйверов силовых ключей, модуля дискретного ввода-вывода, панели индикации и управления и адаптера информационной шины.

Кроме этого в реверсивном преобразователе напряжения для передачи электроэнергии между сетями переменного и постоянного тока микроконтроллер выполнен с возможностью ручного управления с помощью панели индикации и управления, автоматического опроса первого и второго датчиков напряжения и тока, автоматического управления работой второго инвертора-выпрямителя в режиме передачи электроэнергии от сети напряжения переменного тока в сеть напряжения постоянного тока, автоматического нормального или ускоренного заряда аккумуляторной батареи сети напряжения постоянного тока, автоматического скоординированного управления работой третьего и первого инвертора-выпрямителя в режиме передачи энергии от сети напряжения постоянного тока с аккумуляторной батареей в сеть напряжения переменного тока (в режиме рекуперации энергии, при разряде аккумуляторной батареи сети напряжения постоянного тока), автоматического перехода к режиму рекуперации энергии после аварийного отключения источника напряжения сети переменного тока, автоматического возврата при восстановлении напряжения в сети переменного тока к режиму передачи электроэнергии от сети напряжения переменного тока в сеть напряжения постоянного тока.

Сущность изобретения состоит в том, что в предлагаемом преобразователе напряжения реализовано автоматическое реверсирование работы для обеспечения возможности передачи электроэнергии от сети переменного тока к сети постоянного тока и обратно (от сети постоянного тока к сети переменного тока), позволяющее не только постоянно поддерживать аккумуляторную батарею в работоспособном состоянии, одновременно обеспечивая возврат энергии (в режиме разряда аккумуляторной батареи), накопленной в аккумуляторной батарее, в сеть переменного тока и, соответственно, обеспечивая значительную экономию электроэнергии в сети переменного тока, но и достигнуть максимально возможной безотказности электропитания ответственных потребителей как постоянного, так и переменного тока на объектах различного назначения, использующих для электропитания потребителей одну сеть напряжения переменного тока и одну сеть напряжения постоянного тока.

На чертеже представлена структурная схема реверсивного преобразователя напряжения для передачи электрической энергии между сетями переменного и постоянного тока.

Согласно чертежу реверсивный преобразователь напряжения включает первую 1 и вторую 2 группы потребителей напряжения постоянного тока, соединенные последовательно сеть напряжения переменного тока с группой потребителей напряжения переменного тока 3, первый датчик тока 4, первый фильтр 5, первый инвертор-выпрямитель 6, второй фильтр 7, второй инвертор-выпрямитель 8, трансформатор 9, третий инвертор-выпрямитель 10, блок защиты 11, третий фильтр 12, второй датчик тока 13, сеть напряжения постоянного тока с аккумуляторной батареей 14; первый 15 и второй 17 датчики напряжения, аналого-цифровой преобразователь 16, первый 18, второй 19 и третий 20 блоки драйверов силовых ключей, источник бесперебойного питания с аккумуляторной батареей 21, микроконтроллер с оперативным запоминающим устройством 22, модуль дискретного ввода-вывода 23, часы реального времени 24, энергонезависимое запоминающее устройство 25, адаптер информационной шины 26, шину информационного обмена 27, внешнюю систему управления 28, панель индикации и управления 29. К первому входу аналого-цифрового преобразователя 16 подключен информационный выход первого датчика тока 4, ко второму входу через первый датчик напряжения 15 подключен вход-выход сети напряжения переменного тока с группой потребителей напряжения переменного тока 3, выход аналого-цифрового преобразователя 16 подключен к первому входу микроконтроллера с оперативным запоминающим устройством 22, ко второму входу микроконтроллера с оперативным запоминающим устройством 22 подключены часы реального времени 24, к третьему входу подключено энергонезависимое запоминающее устройство 25, к первому входу-выходу микроконтроллера с оперативным запоминающим устройством 22 через модуль дискретного ввода-вывода 23 подключена панель индикации и управления 29, ко второму входу-выходу через адаптер информационной шины 26 и шину информационного обмена 27 подключена внешняя система управления 28, первый выход микроконтроллера с оперативным запоминающим устройством 22 через первый блок драйверов силовых ключей 18 подключен к управляющему входу первого инвертора-выпрямителя 6, первая группа потребителей напряжения постоянного тока 1 подключена к выходу второго фильтра 7, вторая группа потребителей напряжения постоянного тока 2 подключена к выходу сети напряжения постоянного тока с аккумуляторной батареей 14, к третьему входу аналого-цифрового преобразователя 16 подключен информационный выход второго датчика тока 13, к четвертому входу через второй датчик напряжения 17 подключен вход-выход сети напряжения постоянного тока с аккумуляторной батареей 14, второй выход микроконтроллера с оперативным запоминающим устройством 22 через второй блок драйверов силовых ключей 19 подключен к управляющему входу второго инвертора-выпрямителя 8, третий выход через третий блок драйверов силовых ключей 20 подключен к управляющему входу третьего инвертора-выпрямителя 10, выход сети напряжения переменного тока с группой потребителей напряжения переменного тока 3 подключен ко входу источника бесперебойного питания с аккумуляторной батареей 21, выход источника бесперебойного питания с аккумуляторной батареей 21 подключен к соответствующим входам электропитания микроконтроллера с оперативным запоминающим устройством 22 аналого-цифрового преобразователя 16, первого 18, второго 19 и третьего 20 блока драйверов силовых ключей, модуля дискретного ввода-вывода 23, панели индикации и управления 29 и адаптера информационной шины 26.

Предлагаемый преобразователь работает следующим образом.

При подаче питающего напряжения из сети напряжения переменного тока 3 получает электропитание группа потребителей напряжения переменного тока, подключенных к этой сети, а также источник бесперебойного питания с аккумуляторной батареей 21.

Питающее напряжение сети напряжения переменного тока 3, проходя через первый датчик тока 4 и первый фильтр 5, поступает на первый инвертор-выпрямитель 6, который в данном случае работает как неуправляемый выпрямитель напряжения переменного тока в постоянный и далее поступает на второй фильтр 7. Выпрямленное и сглаженное напряжение постоянного тока с выхода второго фильтра 7 поступает на первую группу потребителей напряжения постоянного тока 1 и на вход второго инвертора-выпрямителя 8.

Источник бесперебойного питания с аккумуляторной батареей 21 формирует необходимое напряжение для электропитания микроконтроллера с оперативным запоминающим устройством 22, аналого-цифрового преобразователя 16, первого 18, второго 19 и третьего 20 блока драйверов силовых ключей, модуля дискретного ввода-вывода 23, панели индикации и управления 29 и адаптера информационной шины 26. После получения электропитания в оперативное запоминающее устройство микроконтроллера 22 из энергонезависимого запоминающего устройства 25 загружается управляющая программа, обеспечивающая возможностью ручного выбора и задания режима работы преобразователя напряжения с помощью панели индикации и управления 29 через модуль дискретного ввода-вывода 23.

В первую очередь, предоставляется возможность задания нормального или ускоренного заряда аккумуляторной батареи сети напряжения постоянного тока 14. При этом микроконтроллер 22 с помощью первого 15 и второго 17 датчика напряжения и аналого-цифрового преобразователя 16 определяет значения напряжений в сети напряжения переменного тока 3 и в сети напряжения постоянного тока 14 и использует эти сведения для формирования управляющих воздействий через второй блок драйверов силовых ключей 19 на второй инвертор-выпрямитель 8, который в данном случае работает как управляемый инвертор напряжения постоянного тока в переменный. Напряжение переменного тока, сформированное вторым инвертором-выпрямителем 8, поступает на трансформатор 9, с помощью которого осуществляется гальваническая развязка сети напряжения переменного тока 3 от сети напряжения постоянного тока 14 и необходимая трансформация (понижение или повышение значения напряжения переменного тока). Далее, полученное напряжение переменного тока поступает на третий инвертор-выпрямитель 10, который в данном случае работает как неуправляемый выпрямитель напряжения переменного тока в постоянный, и затем через блок защиты 11, третий фильтр 12 и второй датчик тока 13 в сеть напряжения постоянного тока с аккумуляторной батареей 14. При этом в зависимости от выбранного ранее вручную режима осуществляется нормальный или ускоренный заряд аккумуляторной батареи сети напряжения постоянного тока 14. Кроме этого от сети напряжения постоянного тока с аккумуляторной батареей 14 получает электропитание вторая группа потребителей напряжения постоянного тока 2.

После окончания заряда аккумуляторной батареи преобразователь напряжения может быть вручную с помощью панели индикации и управления 29 переведен в режим разряда, при котором энергия сети напряжения постоянного тока 14, накопленная в аккумуляторной батарее, возвращается через второй датчик тока 13, третий фильтр 12 и блок защиты 11 к третьему инвертору-выпрямителю 10. Блок защиты 11 предназначен для защиты силовых цепей преобразователя напряжения от импульсных коммутационных перенапряжений и поддержания непрерывности разрядного тока аккумуляторной батареи в режиме передачи энергии от сети напряжения постоянного тока 14 в сеть напряжения переменного тока 3.

Третий инвертор-выпрямитель 10 под управлением микроконтроллера 22 с помощью третьего блока драйверов силовых ключей 20 производит преобразование напряжения постоянного тока в переменный, то есть в данном случае третий инвертор-выпрямитель 10 работает как управляемый инвертор напряжения постоянного тока в переменный. Далее напряжение переменного тока трансформируется в трансформаторе 9, выпрямляется вторым инвертором-выпрямителем 8, который в данном случае работает как неуправляемый выпрямитель напряжения переменного тока в постоянный, и после второго фильтра 7 подается на первую группу потребителей напряжения постоянного тока 1. Кроме этого напряжение постоянного тока поступает на первый инвертор-выпрямитель 6, который под управлением микроконтроллера 22 с помощью первого блока драйверов силовых ключей 18 производит преобразование напряжения постоянного тока в переменный, то есть в данном случае первый инвертор-выпрямитель 6 работает как управляемый инвертор напряжения постоянного тока в переменный. При этом микроконтроллер 22 с помощью первого датчика напряжения 15 и аналого-цифрового преобразователя 16, часов реального времени 24 осуществляет синхронизацию по частоте, фазе и амплитуде напряжения, формируемого первым инвертором-выпрямителем 6, и напряжения сети переменного тока 3 и регулирование значения мощности, передаваемой от сети напряжения постоянного тока 14 в сеть напряжения переменного тока 3.

При реализации тренировочного заряда-разряда аккумуляторной батареи (при формовании пластин аккумуляторной батареи) переключение режимов передачи энергии из сети напряжения переменного тока 3 в сеть напряжения постоянного тока 14 и обратно производится микроконтроллером 22 автоматически.

Таким образом, в реверсивном преобразователе напряжения обеспечивается экономия электрической энергии в сети переменного тока (восполнение электрической энергии для питания потребителей сети переменного тока) в режиме рекуперации энергии, накопленной в аккумуляторной батарее, вместо ее безвозвратной потери, например, на тепловое рассеяние.

Кроме этого при исчезновении питающего напряжения в сети напряжения переменного тока 3 в режиме передачи энергии из сети напряжения переменного тока 3 в сеть напряжения постоянного тока 14, микроконтроллер 22 определенное время еще имеет возможность (с помощью источника бесперебойного питания с аккумуляторной батареей 21) сохранить управление интеллектуальным преобразователем напряжения. При этом микроконтроллер 22 производит автоматическое переключение первого инвертора-выпрямителя 6, второго инвертора-выпрямителя 8, и третьего инвертора-выпрямителя 10 в режим, обеспечивающий рекуперацию энергии и передачу ее от сети напряжения постоянного тока 14 к сети напряжения переменного тока 3, сохраняя бесперебойность электропитания как потребителей постоянного тока (первая 1 и вторая 2 группы потребителей напряжения постоянного тока), так и потребителей переменного тока (группа потребителей напряжения переменного тока в сети напряжения переменного тока 3).

При восстановлении напряжения в сети переменного тока микроконтроллер 22 имеет возможность осуществить возврат реверсивного преобразователя напряжения к режиму передачи электроэнергии от сети напряжения переменного тока 3 в сеть напряжения постоянного тока 14.

Для обеспечения возможности дистанционного контроля и управления работой предлагаемого преобразователя напряжения предусмотрен адаптер интерфейсной шины 26, обеспечивающий удаленное подключение к внешней системе управления 28.

Промышленная применимость изобретения определяется тем, что предлагаемый реверсивный преобразователь напряжения может быть изготовлен в соответствии с приведенным описанием и чертежом на базе известных комплектующих изделий (например, информационная шина может быть выполнена на базе интерфейсов RS-232, RS-485, CAN, MIL-STD 1553 В, Ethernet) и технологического оборудования и использован для бесперебойного электропитания разнообразных потребителей напряжением переменного и постоянного тока на объектах различного назначения.

Предлагаемые технические решения практически реализованы в макетном образце малогабаритного зарядно-разрядного преобразователя для создаваемых в Закрытом акционерном обществе «ИРИС» опытно-поставочных образцов реверсивных преобразователей, предназначенных для передачи электрической энергии между корабельными сетями переменного и постоянного тока и бесперебойного электроснабжения потребителей постоянного тока напряжением 27 В и 220 В и трехфазного переменного тока с частотой 50 Гц напряжением 380/220 В в спасательном глубоководном аппарате (СГА) проекта 18270 «Бестер» и в модуле спасательном декомпрессионном МСД-400.

Таким образом, предлагаемый реверсивный преобразователь напряжения обладает весьма широкими функциональными возможностями, обеспечивая передачу электрической энергии от сети переменного к сети постоянного тока и обратно, позволяя в процессе эксплуатации автоматически поддерживать аккумуляторную батарею в работоспособном состоянии, обеспечивая значительную экономию электроэнергии в сети переменного тока, а в комплексе - позволяет достигнуть максимально возможной безотказности электропитания ответственных потребителей как постоянного, так и переменного тока на объектах (например, корабельных) с одной сетью переменного тока и одной сетью постоянного тока.

На основании вышеизложенного и по результатам проведенного нами патентно-информационного поиска считаем, что предлагаемый реверсивный преобразователь напряжения для передачи электроэнергии между сетями переменного и постоянного тока отвечает критериям «новизна», «изобретательский уровень» и может быть защищен патентом Российской Федерации на изобретение.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


1. Реверсивный преобразователь напряжения для передачи электроэнергии между сетями переменного и постоянного тока, состоящий из соединенных последовательно сети напряжения переменного тока с группой потребителей напряжения переменного тока, первого датчика тока, первого фильтра, первого инвертора-выпрямителя, второго фильтра, второго инвертора-выпрямителя, трансформатора, третьего инвертора-выпрямителя, третьего фильтра, сети напряжения постоянного тока с аккумуляторной батареей; второго датчика тока, первого и второго датчика напряжения, аналого-цифрового преобразователя, первого, второго и третьего блока драйверов силовых ключей, микроконтроллера с оперативным запоминающим устройством, модуля дискретного ввода-вывода, панели индикации и управления, часов реального времени, энергонезависимого запоминающего устройства, адаптера информационной шины, шины информационного обмена, внешней системы управления; к первому входу аналого-цифрового преобразователя информационный выход первого датчика тока, ко второму входу через первый датчик напряжения подключен вход-выход сети напряжения переменного тока с группой потребителей напряжения переменного тока, выход аналого-цифрового преобразователя подключен к первому входу микроконтроллера с оперативным запоминающим устройством, ко второму входу микроконтроллера с оперативным запоминающим устройством подключены часы реального времени, к третьему входу - энергонезависимое запоминающее устройство, к первому входу-выходу микроконтроллера с оперативным запоминающим устройством через модуль дискретного ввода-вывода подключена панель индикации и управления, ко второму входу-выходу - через адаптер информационной шины и шину информационного обмена внешняя система управления, первый выход микроконтроллера с оперативным запоминающим устройством через первый блок драйверов силовых ключей подключен к управляющему входу первого инвертора-выпрямителя, отличающийся тем, что в него введены первая и вторая группа потребителей напряжения постоянного тока, блок защиты и источник бесперебойного питания с аккумуляторной батареей, первая группа потребителей напряжения постоянного тока подключена к выходу второго фильтра, вторая группа потребителей напряжения постоянного тока подключена к выходу сети напряжения постоянного тока с аккумуляторной батареей, блок защиты включен в разрыв между третьим инвертором-выпрямителем и третьим фильтром, второй датчик тока включен в разрыв между третьим фильтром и сетью напряжения постоянного тока с аккумуляторной батареей, к третьему входу аналого-цифрового преобразователя подключен информационный выход второго датчика тока, к четвертому входу через второй датчик напряжения подключен вход-выход сети напряжения постоянного тока с аккумуляторной батареей, второй выход микроконтроллера с оперативным запоминающим устройством через второй блок драйверов силовых ключей подключен к управляющему входу второго инвертора-выпрямителя, третий выход через третий блок драйверов силовых ключей подключен к управляющему входу третьего инвертора-выпрямителя, выход сети напряжения переменного тока с группой потребителей напряжения переменного тока подключен к входу источника бесперебойного питания с аккумуляторной батареей, выход источника бесперебойного питания с аккумуляторной батареей подключен к соответствующим входам электропитания микроконтроллера с оперативным запоминающим устройством аналого-цифрового преобразователя, первого, второго и третьего блока драйверов силовых ключей, модуля дискретного ввода-вывода, панели индикации и управления и адаптера информационной шины.

2. Реверсивный преобразователь напряжения для передачи электроэнергии между сетями переменного и постоянного тока по п.1, отличающийся тем, что микроконтроллер выполнен с возможностью ручного управления с помощью панели индикации и управления, автоматического опроса первого и второго датчиков напряжения и тока, автоматического управления работой второго инвертора-выпрямителя в режиме передачи электроэнергии от сети напряжения переменного тока в сеть напряжения постоянного тока, автоматического нормального или ускоренного заряда аккумуляторной батареи сети напряжения постоянного тока, автоматического скоординированного управления работой третьего и первого инвертора-выпрямителя в режиме передачи энергии от сети напряжения постоянного тока с аккумуляторной батареей в сеть напряжения переменного тока (в режиме рекуперации энергии, при разряде аккумуляторной батареи сети напряжения постоянного тока), автоматического перехода к режиму рекуперации энергии после аварийного отключения источника напряжения сети переменного тока, автоматического возврата, при восстановлении напряжения в сети переменного тока, к режиму передачи электроэнергии от сети напряжения переменного тока в сеть напряжения постоянного тока.





ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru