Динамические ИБП компании PILLER – статья в журнале «Турбины и дизели»

Июл062011
Печать

Динамические источники бесперебойного питания (ИБП) применяются для защиты потребителей от сбоев электропитания с 1970 х годов. Принцип работы простейшего динамического ИБП представлен на структурной схеме, приведенной на рис. 1.

Внешнее электропитание подается на синхронный электромотор, расположенный на одном валу с синхронным электрогенератором, с которого и снимается «чистое» синусоидальное напряжение. Время автономной работы такого ИБП определяется промежутком, в течение которого эта конструкция будет по инерции вращаться с требуемой частотой в заданных допустимых пределах. Это время можно увеличить, установив на валу массивный маховик.

К валу динамического ИБП через электромеханическую муфту сцепления может быть подключен дизельный двигатель. При наличии внешнего электропитания пластины сцеплениянаходятс я в разжатом состоянии, при его отсутствии – сжимаются под действием пружин, двигатель запускается и поддерживает вращение электрогенератора в автономном режиме.

В описанной структурной схеме бесперебойная работа ИБП поддерживается за счет кинетической энергии маховика. Возможно также решение, при котором вместо кинетической энергии используется энергия аккумуляторных батарей. В этом случае в состав ИБП входят выпрямитель, инвертор и статический ключ. Инвертор применяется для генерации переменного напряжения при работе от батарей, выпрямитель – для заряда батарей. Кроме того, при плохих характеристиках внешнего электропитания цепь «выпрямительинвертор» используется для двойного преобразования входного напряжения в необходимое для подачи на электромотор, чтобы получить на выходе электрогенератора «чистое» электропитание. Таким образом, осуществляется стабилизация выходного напряжения в широком диапазоне отклонений входного напряжения, а также увеличивается времяавтономной работы без применения дизеля. Если параметры входного напряжения позволяют выдавать выходное напряжение, генерируемое электрогенератором, с заданными характеристиками без двойного преобразования, то питание с входа поступает на электромотор через статический ключ, минуя выпрямитель и инвертор. При этом значительно увеличивается КПД динамического ИБП.

В компании PILLER разработан и реализован ряд инженерных решений, позволивших в значительной мере улучшить характеристики ИБП и избежать недостатков, которые свойственны описанным выше принципам построения простейших динамических устройств. Основным блоком ИБП PILLER является запатентованная электрическая машина Uniblock (рис. 2). Это сдвоенная синхронная машина, в которой обмотки электромотора и электрогенератора находятся в одном статоре. Такая конструкция имеет компактные размеры и сравнительно малое расстояние между подшипниками.

Выходное напряжение при любой нагрузке поддерживается постоянным с помощью подстройки постоянного тока возбуждения. Передача энергии на обмотки возбуждения происходит по бесщеточной технологии, т.е. без скользящих контактов, которые обычно быстро снашиваются.

Передача «паразитных» гармоник с одной обмотки Uniblock на другую эффективно подавляется демпфирующими обмотками, в результате несинусоидальный ток инвертора на одной обмотке не влияет на чистую синусоидальную форму тока на другой обмотке. Структурная схема ИБП PILLER UBR, построенного на базе электрической машины Uniblock и использующего аккумуляторные батареи, приведена на рис. 3.

Динамический ИБП PILLER UBR имеет следующие преимущества:

  • обеспечивает нормальную работу при 100%-м перекосе фаз нагрузки;
  • единичный ИБП обеспечивает «чистое» электропитание активной и реактивной нагрузки мощностью от 150 до 1100 кВА (т.е. для питания нагрузки большой мощности нет необходимости применять параллельное включение ИБП, требующее специальной настройки);
  • отсутствуют проблемы, связанные с ограниченной мощностью силовых полупроводниковых элементов;
  • осуществляется гальваническая развязка входа и выхода ИБП;
  • выдерживает отклонение входного напряжения до уровня –20 % без перехода в автономный режим работы;
  • обеспечивается возможность питания нагрузки с большой реактивной мощностью, поскольку крест-фактор ИБП практически не ограничен;
  • возможно наращивание мощности ИБП посредством их параллельного включения;
  • применяется резервируемое микропроцессорное управление всеми блоками системы. Цифровая настройка параметров ИБП осуществляется с пульта управления или с помощью программного обеспечения;
  • за счет применения динамического блока вместо статических силовых полупроводников срок службы ИБП составляет более 20 лет;
  • электрическая машина мотор/генератор поглощает высшие гармоники, реактивные и пусковые токи нагрузки.