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.