Экспериментальный образец УПН

Изготовлен экспериментальный образец УПН мощностью 2 кВА.

Рис. 1 — Структурная схема УПН

Основные компоненты УПН (рис. 1): трёхфазный модифицированный инвертор с нулевым проводом [10], емкостный накопитель, инвертор напряжения, адаптивная система управления, контактор подключения цепей потребителя. Модифицированный инвертор оснащен датчиками напряжения, позволяющими определить характер и величины входных напряжений подключенного источника. По командам адаптивной системы управления, в зависимости от типа источника, выбирается режим работы модифицированного инвертора: активный выпрямитель или конвертор постоянного напряжения. Он может выполнять функции как повышающего, так и понижающего преобразователя напряжений.

За счет модульной конструкции УПН позволяет подключать несколько источников питания одновременно. Для этого каждый источник подключается через модифицированный инвертор, а их цепи будут объединены на шинах емкостного накопителя.

Результаты исследований

Цель — исследование качества электрической энергии потребителей, получающих питание через экспериментальный образец УПН для двух вариантов подключенных источников: переменного тока 220/380 В 50 Гц (рис. 2, а) и постоянного тока ± 200 В (рис. 2, б). В качестве потребителя выступала однофазная нагрузка 2 кВт. Измерения проводились с помощью осциллографа и анализатора качества электрической энергии.

Результаты исследования режимов приведены на рис. 3.

а)б) Рис. 2 — Осциллограммы напряжения источника питания: а — переменного тока; б — постоянного тока

а)б) Рис. 3 — Осциллограммы на шинах нагрузки: а — напряжение, б — ток

При запуске УПН в течение 20 мс происходит идентификация типа подключенного основного ИЭ. В первом варианте, к УПН подключен источник переменного тока (рис. 2, а). Модифицированный инвертор с задержкой 5 мс переключается в режим инвертора. Таким образом, через 25 мс УПН готово к работе. После этого запускается инвертор напряжения и подается питание на нагрузку (рис. 3).

Во втором варианте (рис. 2, б) модифицированный инвертор переключается в режим конвертора напряжения. В остальном процессы аналогичны. Осциллограммы показывают, что в обоих случаях потребитель получает питание уже через 30 мс после включения УПН.

Как показывают осциллограммы (рис. 3, б), при резко несимметричной нагрузке система питающих напряжений автономного потребителя остается симметричной (рис. 3, а). Это достигается средствами пофазной стабилизации инвертора.

Измерения качества электрической энергии установили, что показатели удовлетворяет требованиям ГОСТ 32 144–2013: напряжение на зажимах электроприемника 220/380 В, частота 50 Гц, коэффициент несимметрии напряжения не превышает 2%, а суммарный коэффициент гармонических составляющих напряжения ниже 4%.