АВТОНОМНАЯ УСТАНОВКА БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

АВТОНОМНАЯ УСТАНОВКА БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ


RU (11) 2242834 (13) C2

(51) 7 H02J9/06 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 20.11.2007 - прекратил действие, но может быть восстановлен 

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

(21) Заявка: 2002121665/09 
(22) Дата подачи заявки: 2002.08.14 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2002.08.14 
(43) Дата публикации заявки: 2004.02.20 
(45) Опубликовано: 2004.12.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2095912, 10.11.1997. RU 2097899, 27.11.1999. RU 2176849 C2, 10.12.2001. SU 1693683 A1, 23.11.1991. SU 1764119 A1, 23.09.1992. SU 1809494 A1, 15.04.1993. SU 858177 A, 23.08.1981. US 3675112 A, 04.07.1972. DE 1488924 A, 14.08.1962. EP 0939477 A1, 01.09.1999. 
(72) Автор(ы): Близнюк В.А. (RU); Маевский В.А. (RU); Смилга В.И. (RU); Тур В.В. (RU); Беляев В.Е. (RU); Косой А.С. (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Государственное унитарное предприятие "Опытно-конструкторское бюро "Горизонт" (RU) 
Адрес для переписки: 105118, Москва, пр-т Буденного, 16, ФГУП "ММПП "Салют", Правовое управление, Т.Е. Гордеевой 

(54) АВТОНОМНАЯ УСТАНОВКА БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано в устройствах для обеспечения бесперебойного электропитания ответственных потребителей с непрерывным технологическим циклом. Техническим результатом является обеспечение компактности и повышение надежности установки. Установка бесперебойного электропитания содержит обратимую синхронную машину, разобщительную муфту, первичный двигатель с пусковым реле, автоматический и управляемый выключатели, шины сетевого питания, шины гарантированного питания, датчик контроля параметров сети и привод управляемого выключателя. Выходы датчика контроля параметров сети соединены с входам пускового реле первичного двигателя и привода управляемого выключателя. В установку введена свободная силовая турбина с газогенератором, соединенная с валом обратимой синхронной машины, и блок поджига газогенератора, вход которого подключен к выходу датчика контроля параметров сети, а выход – к соответствующему входу газогенератора. В установке бесперебойного электропитания уменьшается реактивная мощность в дежурном режиме за счет увеличения cos при работе обратимой синхронной машины в режиме синхронного компенсатора, а также повышается эффективность установки в дежурном режиме за счет снижения вентиляционных потерь при холостом вращении свободной силовой турбины путем вакуумирования ее рабочей полости. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.






ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к устройствам для обеспечения бесперебойного электропитания ответственных потребителей с непрерывным технологическим циклом.

Известно устройство бесперебойного электропитания, содержащее в качестве резервного источника аккумуляторную батарею, подключенную к нагрузке через регулирующее звено, которое срабатывает при падении напряжения питания ниже установленного уровня [1]. Основным недостатком известного устройства является обусловленное применением аккумуляторной батареи ограничение по величине полезной электрической мощности и времени функционирования в автономном режиме.

Наиболее близкой к заявляемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является автономная установка бесперебойного электропитания, содержащая обратимую синхронную машину, вал которой через разобщительную муфту соединен с валом первичного (дизельного) двигателя, и пусковое реле, а статорные цепи синхронной электрической машины через автоматический и управляемый выключатели подключены к шинам сетевого питания и через автоматический выключатель - к шинам гарантированного питания, а также датчик контроля параметров сети и привод управляемого выключателя, причем выходы датчика соединены с входами пускового реле первичного двигателя и привода управляемого выключателя [2]. Известное устройство на базе дизельного двигателя в принципе позволяет обеспечить бесперебойное электропитание потребителей мощностью на уровне сотен кВт, однако применение разобщительной муфты между валами совместно вращающихся инерционного накопителя и обратимой синхронной машины и валом первичного двигателя приводит к снижению надежности и ресурса работы устройства, поскольку инерционный накопитель имеет большую массу и, соответственно, диаметр и длину, что приводит к необходимости установки мощных подшипников, а несинхронное сцепление валов инерционного накопителя и первичного двигателя - к повышенным нагрузкам на разобщительную муфту, опорные болты и подшипники.

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности электропитания ответственных потребителей на уровне мощности от сотен кВт до десятков МВт при длительных паузах сетевого электропитания, улучшение ресурсных и массогабаритных показателей устройства и снижение энергозатрат.

Указанная задача решается таким образом, что в состав автономной установки бесперебойного электропитания, содержащей обратимую синхронную машину, вал которой через разобщительную муфту соединен с валом первичного двигателя с пусковым реле, а статорные цепи обратимой синхронной машины через автоматический и управляемый выключатели подключены к шинам сетевого питания и через автоматический выключатель - к шинам гарантированного питания, а также датчик контроля параметров сети и привод управляемого выключателя, причем выходы датчика контроля качества параметров сети соединены с входами пускового реле первичного двигателя и привода управляемого выключателя, дополнительно введена свободная силовая турбина (ССТ), жестко соединенная с валом обратимой синхронной машины, с газогенератором (ГГ) и блок поджига ГГ, вход которого подключен к выходу датчика контроля, а выход - к соответствующему входу ГГ. Кроме того, установка дополнительно оснащена вакуумным насосом, воздушной заслонкой, датчиком скорости вращения вала первичного двигателя и блоком управления воздушной заслонкой, причем воздушная заслонка установлена в выхлопном патрубке ССТ таким образом, что в закрытом положении она полностью перекрывает выхлопной патрубок, а в открытом положении обеспечивает минимальные газодинамические потери при выбросе продуктов сгорания из турбины, тракт вакуумного насоса через отсечной клапан соединен с рабочей полостью ССТ, вход блока управления воздушной заслонкой подключен к выходам датчика скорости вращения вала первичного двигателя и блока поджига ГГ, а выход - к приводу воздушной заслонки. При этом воздушная заслонка выполнена либо в виде поворотных жалюзи, изготовленных из температуростойкого конструкционного материала, либо в виде мембраны из легкоплавкого материала на опорном каркасе.

На фиг.1 представлена блок-схема автономной установки бесперебойного электропитания, выполненной согласно данному изобретению; на фиг.2 – блок-схема варианта реализации установки, предусматривающего создание разряжения в рабочей полости ССТ, на фиг.3 - один из возможных вариантов реализации блока поджига ГГ, на фиг.4 - один из возможных вариантов реализации блока управления воздушной заслонкой, на фиг.5 - варианты выполнения воздушной заслонки, на фиг.6 - циклограммы работы основных узлов установки.

Автономная установка бесперебойного электропитания (фиг.1) содержит шины сетевого 1 и гарантированного 2 питания, обратимую синхронную машину (турбогенератор) 3, статорные цепи которой подключены к шинам 2 гарантированного питания через автоматический выключатель 4, а к шинам 1 сетевого питания - через автоматический выключатель 4 и управляемый выключатель 5. На общем валу обратимой синхронной машины 3 установлены свободная силовая турбина (ССТ) 6 с присоединенным к ней газогенератором (ГГ) 7 и - через разобщительную муфту 8 -первичный двигатель 9 с пусковым реле 10. Датчик 11 контроля параметров сети имеет три выхода, первый из которых подключен к входу привода 12 управляемого выключателя, второй - к входу блока 13 поджига ГГ 7, а третий - к пусковому реле 10.

Блок 14 управления воздушной заслонкой имеет два входа (фиг.2), один из которых подключен к выходу блока 13 поджига ГГ 7, а второй - к выходу датчика 15 скорости вращения вала первичного двигателя 9. Блок 13 поджига ГГ (фиг.3) содержит триггер 16, подключенный входом к выходу датчика 11 контроля параметров сети, а выходом - к входу усилителя 17, выход которого подключен к входу управления коммутатора 18, подключенного между аккумуляторной батареей 19 и входом поджига ГГ 7. Блок управления воздушной заслонкой (фиг.4) содержит триггер 20, вход которого подключен к выходу датчика 15 скорости вращения вала первичного двигателя 9, а выход - к первому входу элемента ИЛИ 21, второй вход которого подключен ко второму выходу триггера 16 блока 13 поджига ГГ, а выход - к входу усилителя 22, выход которого подключен к входу управления коммутатора 23, подключенного между аккумуляторной батареей 24 и входом привода 25 воздушной заслонки 26 и отсечного клапана 31. Воздушная заслонка 26 (фиг.5) установлена в выхлопном патрубке 27 ССТ 6, соединенном через отсечной клапан 31 с вакуумным насосом 29 и выполнена либо в виде поворотных жалюзи 26а, изготовленных из температуростойкого конструкционного материала, либо в виде мембраны 26б из легкоплавкого материала на опорном каркасе 30. 

Установка работает следующим образом. В дежурном режиме статорные цепи обратимой синхронной машины (турбогенератора) 3 подключены параллельно к шинам 1 сетевого (через автоматический выключатель 4 и замкнутый управляемый выключатель 5) и 2 гарантированного (через автоматический выключатель 4) питания, при этом обратимая синхронная машина работает в режиме синхронного компенсатора (СК), что позволяет повысить cos и снизить реактивную мощность сети, а ССТ 6, жестко соединенная с валом обратимой синхронной машины 3, вращается в холостом режиме (ГГ 7 выключен). При отклонении в момент времени t0 (см. фиг.6а) контролируемого датчиком 11 параметра сети (например, частоты f), от заданного значения, формируется командный сигнал, поступающий параллельно на привод 12 управляемого выключателя 5, пусковое реле 10 первичного двигателя 9 и входной триггер 16 блока 13 поджига ГГ 7. Указанный командный сигнал вызывает размыкание управляемого ключа 5, запуск ГГ 7, обеспечивающего подачу рабочего тела в ССТ 6, и пускового реле 10 первичного двигателя 9. После запуска ГГ 7 ССТ 6 выходит на режим приема нагрузки N за время t1 0,5 с (в течение которого электропитание потребителя обеспечивается за счет электрической и механической энергии, накопленной в роторе обратимой синхронной машины), и в результате сжигания в ГГ одно- или многокомпонентного топлива работает в установившемся режиме в течение времени t2 100 с (см. фиг.6б, в), необходимого для выхода на рабочий режим первичного двигателя 9 (в качестве которого целесообразно использовать, например, газотурбинную установку (ГТУ)). Когда скорость вращения ГТУ 9 устанавливается равной скорости вращения ССТ 6, включается разобщительная муфта 8 и путем плавного или ступенчатого электрического нагружения ГТУ с соответствующим снижением электрической нагрузки на валу ССТ производится перевод электрической нагрузки с вала ССТ на вал первичного двигателя, который и обеспечивает в дальнейшем электропитание потребителя. 

В варианте исполнения установки бесперебойного электропитания, предусматривающем создание разряжения в рабочей полости ССТ 6, в дежурном режиме работы установки воздушная заслонка 26 (см. фиг.5) закрыта и отсекает рабочую полость ССТ 6 от окружающей атмосферы, вакуумный насос 29 включен, отсечной клапан 31 открыт, давление в рабочей полости ССТ 6 составляет ~ 0,1 атм, что позволяет примерно в 10 раз снизить вентиляционные потери от вращения турбины. При отказе питающей сети по сигналу датчика 11 (см. фиг.2) срабатывает блок 13 поджига ГГ, который одновременно с формированием поджигающего импульса ГГ 7 обеспечивает подачу управляющего импульса на блок 14 управления воздушной заслонки (см. фиг.3, 4: выходной сигнал триггера 16 поступает на один из входов логического элемента 21 ИЛИ). В результате практически одновременно осуществляется поджиг ГГ 7, открытие воздушной заслонки 26 и закрытие отсечного клапана 31 откачки рабочей полости ССТ. Одновременно производится отключение вакуумного насоса 29 (на схеме не показано). После включения разобщительной муфты 8 и выхода установки на режим автономной работы сигнал с выхода датчика 15 скорости вращения вала первичного двигателя 9 через триггер 20 блока 14 управления воздушной заслонки и обеспечивает ее закрытие. Одновременно с закрытием воздушной заслонки 26 открывается отсечной клапан 31 и включается вакуумный насос 29. Таким образом, во время работы ГГ 7 (когда ССТ 6 находится под нагрузкой) воздушная заслонка 26 открыта и вакуумный насос выключен 29, а при выключенном ГГ (когда ССТ вращается вхолостую) воздушная заслонка закрыта и вакуумный насос включен.

Выполнение установки бесперебойного электропитания согласно предлагаемому изобретению позволяет обеспечить большую компактность и надежность установки в результате применения свободной силовой турбины (вместо инерционного накопителя) и разобщительной муфты, включаемой при равной угловой скорости валов первичного двигателя и турбогенератора, уменьшить реактивную мощность в дежурном режиме за счет увеличения cos при работе обратимой синхронной машины в режиме синхронного компенсатора, а также повысить эффективность установки в дежурном и автономном режимах за счет снижения вентиляционных потерь при холостом вращении ССТ путем вакуумирования ее рабочей полости.

Источники информации

1. Патент США №4313060, кл. Н 02 J 7/00, 1982 г.

2. Патент РФ №2095912, кл. Н 02 J 9/06, 1996 г. (прототип). 




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


1. Автономная установка бесперебойного электропитания, содержащая обратимую синхронную машину, вал которой через разобщительную муфту соединен с валом первичного двигателя с пусковым реле, статорные цепи через автоматический и управляемый выключатели подключены к шинам сетевого питания и через автоматический выключатель – к шинам гарантированного питания, а также датчик контроля параметров сети и привод управляемого выключателя, причем выходы датчика контроля соединены с входами пускового реле первичного двигателя и привода управляемого выключателя, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит свободную силовую турбину с газогенератором и блок поджига газогенератора, причем вал свободной силовой турбины соединен с валом обратимой синхронной машины, вход блока поджига газогенератора соединен с выходом датчика контроля параметров сети, а его выход – с соответствующим входом газогенератора.

2. Автономная установка бесперебойного электропитания по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит воздушную заслонку, вакуумный насос, датчик числа оборотов разобщительной муфты и блок управления воздушной заслонкой, причем воздушная заслонка установлена в выхлопном патрубке свободной силовой турбины с возможностью полного перекрытия со стороны атмосферы в закрытом положении, а в открытом положении – с возможностью обеспечения минимальных газодинамических потерь при выхлопе продуктов сгорания из турбины, при этом тракт вакуумного насоса соединен с рабочей полостью свободной силовой турбины, вход датчика управления воздушной заслонкой подключен к выходам датчика оборотов разобщительной муфты и блока поджига газогенератора, а выход – к приводу воздушной заслонки.

3. Автономная установка бесперебойного электропитания по п.2, отличающаяся тем, что воздушная заслонка выполнена в виде поворотных жалюзи и изготовлена из температуростойкого конструкционного материала.

4. Автономная установка бесперебойного электропитания по п.2, отличающаяся тем, что воздушная заслонка выполнена в виде мембраны на опорном каркасе и изготовлена из легкоплавкого материала.





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