Файл: Кривозуб Д.С. Агрегаты бесперебойного питания (лекция).pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.04.2024
Просмотров: 31
Скачиваний: 1
ВОЕННО-ИНЖЕНЕРНАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА КРАСНОЗНАМЕННАЯ АКАДЕМИЯ имени В.В.КУЙБЫШЕВА
Доктор технических наук доцент генерал-майор инженерных войск Д.С.КРИВОЗУБ
Кандидат технических наук инженер-майор Г.В.ПРОКОШИН
АГРЕГАТЫ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ
(Лекция)
Издание ВИА М осква-1968
/03 e$
:V~
. *» * •^^.':iiPXg.KA ссор
5X9G3
- 3 -
Современные боевые действия характеризуются применением самых различных новойиих технических средств, основанных на использовании
электроэнергии. Ракетные комплексы, системы ПВО и ПРО, средства связи и управления войсками и многие другие объекты требуют надежно го и непрерывного электроснабжения. В последнее время на них стали применяться устройства, не допускающие каких-либо перерывов в пита нии алектрознергией и предъявляющие повышенные требования к качеству электроэнергии. Такие устройства называются ответственными потреби телями.
Электроснабжение ответственных потребителей при помощи обычных
способов резервирования источников электроэнергия не представляется
возможным вследствие перерыва в подаче энергии потребителям на время между отключением, одного источника и автоматическим включением дру
гого, составляющее от долей секунды и до десятков секунд. Ответствен ные же потребители требуют бесперебойного питания.
Бесперебойное электроснабжение обеспечивается несколькими
автономными источниками электроэнергии (один или два ввода от внеш них энергосетей и защищенная электростанция) и одним или нескольки ми агрегатами бесперебойного питания (АБП).
Под агрегатом бесперебойного |
питания понимают установку, со |
|
стоящую из преобразователя энергии |
и накопителя энергии |
и обеспе |
чивающую непрерывность подачи электроэнергии потребителям |
в течение |
|
всего времени их работы, включая и |
период перехода питания объекта |
|
с одного источника на другой. |
|
|
Преобразователем может быть либо электромавинная установка,
либо выпрямительно-инвертирующее устройство (статический преобразо ватель). В первом случае непрерывность подачи электроэнергии обес печивается безостановочным вращением части или всей установки в указанный выше период, во втором случае - непрерывностью подачи энергии инвертирующему устройству.
В обоих случаях задача выполняется с помощью накопителя энергии.
В настоящее время получили распространение следующие накопи тели энергии: механические (маховики), электрохимические (аккумуля торные батареи) и гидропневматические (гидропневматические аккуму ляторы). Накопитель обусловливает конструктивное исполнение и принцип работы агрегата бесперебойного питания. Он является его основным элементом.
Существующие АБП можно классифицировать по:
- способу включения в систему электроснабжения,
-виду накопителя,
-длительности работы агрегата за счёт накопителя энергии,
-виду преобразователя,
-стабильности выходных параметров электроэнергии агрегата
при работе за счёт накопителя.
В |
системе электроснабжения объекта можно различать следующие |
режимы: |
|
- |
питание потребителей от внешних источников, |
- |
питание их от внутренних источников (защищенной ДЭС), |
- |
переход с внешних источников на внутренние и наоборот, |
- |
режим ограничения по мощности. |
Ответственные потребители не должны лишаться питания ни в
один из этих режимов. Вследствие этого в работе агрегатов беспере
бойного |
питания необходимо различать такие режимы: |
- |
нормальный, когда питание ответственных потребителей осу |
ществляется от внешних или внутренних источников через преобразо ватель абп;
- аварийный, когда их питание производится только за счёт энергии накопителя АБП.
5
Независимо от того, какого типа накопители энергии использу
ются в агрегатах бесперебойного питания, их можно разбить на две большие группы: а) с последовательным и б) параллельным включением преобразователя энергии (рис. I, а и б ).
Согласно первой схеме,от общего источника, например от сети,
энергия через коммутирующее устройство поступает в преобразователь,
который и питает ответственных потребителей (жирные стрелки). Попут но подготавливается аварийный источник. Преобразователями могут быть система "асинхронный двигатель - синхронный генератор" или инвертор,
а аварийным источником - инерционный маховик, вращаемый тем же дви гателем, или аккумуляторная ^этарея, заряжаемая через выпрямитель и питающая инвертор. Яри аварии в общем источнике энергия будет посту пать к потребителю от аварийного источника через тот же преобразова тель (пунктирные стрелки).
Эта схема удобна тем, что колебания напряжения и частоты обще го источника не сказываются непосредственно на потребителе 5; напря жение, частота, число фаз, форма кривой тока и другие параметры потребителя могут не совпадать с параметрами общего источника; может не потребоваться синхронизация преобразователя при включении его в сеть (например при системе "асинхронный двигатель - синхронный ге нератор").
Вторая схема принципиально сложнее. Она обычно связана с обра тимыми преобразователями. Например, преобразователем может явиться в одном случае синхронная машина, работающая в режиме двигателя и вращающая маховик (аварийный источник или накопитель энергии) при исправном общем источнике. При аварии в нем эта малина переходит в режим генератора, получая энергию от аварийного источника.
В другом случае преобразователем будет обратимый инвертор, ко торый в нормальном режиме заряжает аккумуляторную батарею, а в ава рийном режиме преобразует ее энергию для питания потребителей 5 пере менным током
- 6 -
Рис. I . Основные структурные схемы агрегатов бесперебой ного питания: I - общий источник /с е т ь /; 2 - коммутирую щее устройство; 3 - преобразователь энергии; 4 - аварий ный источник /накопитель/; 5 - потребитель /шины гаранти рованного питания/
7
В этой схеме параметры энергии, подучаемые от преобразователя,
должны полностью совпадать с параметрами сети (общего источника).
Малейшие отклонения их в сети сказываются на потребителе.
Обе схемы имеют довольно широкое распространение и для их выбора надо знать требования потребителя. При этом исходят и из того,
какая схема получается проще, в каком случае конструкция агрегата ком пактнее и стоимость ниже.
I . Маховичные агрегаты бесперебойного питания
Рассмотрим кратко принцип работы и конструктивные схемы махо-
вичных АБП, подучивших наиболее широкое распространение.
На рис. 2 представлена конструктивная схема маховичного агре гата бесперебойного питания с собственным резервным источником энергии (двигателем внутреннего сгорания - дизелем). Такие агрегаты имеют самое широкое распространение на практике благодаря тому, что они могут применяться автономно. Они включают в себя асинхронный дви гатель, синхронный генератор, маховик (аварийный источник энергии или накопитель), дизель и соединительную электромагнитную муфту.
В нормальном режиме, когда напряжение и частота общего источни ка 6 равны номинальным значением, асинхронный двигатель I включен
на сеть и приводит во вращение синхронный генератор 2, к которому постоянно присоединены потребители гарантированного питания 7.
Муфта 5 выключена и разъединяет дизель и остальную часть агрегата
(преобразователь). Дизель поддерживаатся в прогретом состоянии с помощью электроподогревателей масла и воды, что обеспечивает сокра щение времени его запуска. Маховик, жестко соединенный с валами электрических машин, вращается вместе с ними.
- 8 -
Рис. 2. Конструктивная схема маховичкого АБП с двигателем вну треннего сгорания: I - генератор; 2 - асинхронный двигатель;
3 - маховик; 4 - дизель; 5 - соединительная муфта; ь - общий источник /сеть /; 7 - потребители; 8 - контактор
Рис. 3. Конструктивная схема маховичного АБП без дви гателя внутреннего сгооания: I - генератор; 2 - асин хронный двигатель; 3 - маховик; 4 - общий источник:
5 - потребители; 6 - контактор
9
При нарушении подачи энергии от общего источника асинхрон
ный двигатель отключается от |
сети и в течение времени, необходимого |
на запуск дизеля и включение |
соединительной муфты, вращение генера |
тора осуществляется за счёт кинетической энергии маховика, имеюще
го достаточно большую массу. Маховик должен обеспечить питание на грузки, в течение, как правило, 20-30 сек. После запуска дизеля и
включения муфты вращение генератора (и маховика) производится
дизелем.
При восстановлении напряжения общего источника асинхронный
двигатель присоединяется к сети и вновь берет на себя вращение генератора. Соединительная муфта отключается,и дизель переводится в резерв.
Агрегаты с рассмотренной конструктивной схемой выполняются
на мощности до 100 квт и более. Их отличает сравнительная простота
и компактность, способность в течение длительного времени (мото ресурс дизеля) обеспечить электроснабжение ответственных потреби телей. Однако наличие тяжелого маховика, большие габариты и не стабильность напряжения и частоты на выходе агрегата в аварийном режиме ограничивают область использования таких АБП.
Отечественной промышленностью выпускаются подобные агрегаты типа ДГМ-20 мощностью 20 квт.
Широкое распространение получил и маховичный агрегат, схема которого приведена на рис.З. Он не имеет собственного дизеля и соединительной муфты и применяется только в сочетании с дополнитель ными автоматизированными дизель-электрическини агрегатами. Он обес печивает бесперебойное питание потребителей в период между отключе нием неисправного общего источника от сборных шин объекта и вклю чением на них резервной ДЭС.
Такие агрегаты (типа АГМ) выпускаются на мощности 7,5; 20 и
50 квт
10
Как |
отказалось выше, инерционный маховик является важнейший |
|||
элеыентон |
АБП, |
обеспечивающим бесперебойность |
электроснабжения |
по |
требителей |
за |
счёт своей кинетической энергии. |
Поэтому большое |
|
значение имеет правильный выбор его момента инерции, основных разме
ров |
и веса. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При определении момента инерции маховика будем исходить в |
|||||||||
начале из того, что на маховик |
не |
возлагается |
запуск дизеля. Пред |
|||||||
положив далее, |
что |
нагрузка |
Рн |
в течение |
переходного процесса |
|||||
не |
изменяется |
и к.пд. генератора |
равен |
|
|
|
||||
|
Если |
приводной двигатель |
имеет потери холостого хода |
и сред |
||||||
нив |
потери |
в самом маховике |
составляют Р ” х |
, то |
получим входную |
|||||
мощность эгрегата |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( I ) |
|
|
При снижении скорости вращения маховика |
от |
начальной |
и)0 |
||||||
до конечной |
|
к |
будем иметь |
равенство: |
|
|
|
^ ( cjJ - u i ) = ^ t j / f i -X) >кГ">
Выражая Р в л .с . и задаваясь временем аварийного процесса ij. , придем к равенству
/ c jf / / |
- J г) |
- rs- /,36Р |
. |
|
Искомый момент |
инерции: |
|
||
7 |
|
2.0QP Р кГм-сех2 |
• |
|
J |
Ыо*(£ -)? ) |
( 2) |
||
При запуске дизеля от маховика задача определения момента |
||||
инерции У |
несколько |
усложняется. Примем дополнительно следую |
||
щие обозначения: |
|
|
|
|