CN101385217B - 用于ups的无电池启动器 - Google Patents

Abstract

一种不间断的电源系统，包括：电动发电机装置，用于调节电功率；备用发电机装置，包括具有电驱动启动器的内燃机，所述启动器在一定电压和一定电流下操作，用于提供备用电功率源；电力开关装置，所述开关装置电连接到电力干线、备用发电机装置的电输出端、和电动发电机装置的电输入端，用于有选择地将功率从电力装置和备用发电机切换到电动发电机装置；启动器开关装置，电连接到电动发电机装置的输出端，并电连接到备用发电机装置的启动器系统的输入端，用于可切换地将电动发电机装置的电输出端连接到启动器系统装置的输入端；以及传感器装置，响应所述电开关装置和电连接的启动器开关装置的输出，当流向电动发电机装置的电功率流中断时，闭合启动器开关。

Description

用于UPS的无电池启动器

技术领域

本发明通常涉及当线路功率故障时，给UPS系统的启动器电动机提供电功率的设备和方法。更具体地，本发明教导了一种设备，其使用存储在UPS电动发电机的旋转元件中的动能提供内燃备用发电机的启动器电动机系统所需的功率。

背景技术

如果结合84年7月7日公布的美国专利4460834教导的不间断电源系统，以及87年11月8日公布的美国专利4686375号的UPS废能发电系统来阅读关于无电池启动器系统的本申请，则可以更容易理解本申请。

事实上，所有现有技术中使用内燃机来驱动备用发电机的UPS系统，包括由美国专利4460834和4686375中教导的那些系统，需要使用化学蓄电池和相关的充电和控制电路。本发明的发明人，在构建和安装大量UPS系统的过程中形成他的经验，并认为本领域技术人员已经竭尽全力处理由于使用化学蓄电池来提供操作UPS系统中的备用发电机的内燃机的启动器电动机所需的短暂突发功率的造成的许多问题。本领域技术人员已经使用了例如锂和银之类的昂贵稀有材料的密封化学电池，而不是普通铅酸蓄电池，并已经进行很多研究，以使这些电池更可靠、更小、更便宜、以及更不易于老化故障。UPS系统中使用的所有化学蓄电池必须被充电和替换。为了在电池中维持足够的电荷，以可靠地操作备用发电机的启动器电动机，它们必须定期被充电。本领域的一些专家提出，作为UPS系统的日常维护的一部分，UPS电池应该被完全放电，然后以固定的周期再充电，以使总的电池寿命最长。有时这些电池也必须被更换，以确保电池足够新，从而能够在UPS系统的正常操作和维护规定的常规充电周期之间保持电荷。

出于经济的原因，给备用发电机的启动器电动机供电的电池需要尽可能的小、轻和便宜。这组条件，即小和轻，是与电池需要具有大容量从而偶尔可靠地供应大电流来实际操作备用发电机启动器系统直接冲突的设计标准。给化学电池多次充电会导致形成电池单元的板的扭曲。当大负载被加载在电池上时，在这些板之间产生高温和机械应力。如果电池由于重复充电周期而处于临界状态，或者接近它的存储寿命的尽头，它可能由于这些热和机械应力而产生故障，使UPS系统无法操作。为了避免这个问题，一些UPS系统需要具有自动切换装置的多余的启动器电池组，以防止一个电池组故障。这些电池的维护和更换很昂贵。电池和其相关充电设备的故障是UPS系统故障的一个常见原因。

此外，一些小UPS系统已经具有多余的备用反冲启动器。如果电池驱动的启动器电动机未能启动辅助发电机，它可以通过手或通过机械弹簧启动。这只对很小的发电机实用。较大的备用发电机依赖频繁替换电池的昂贵程序，或者依赖多余的化学电池组，以保证它们在紧急情况下可靠地启动。

发明内容

本发明是包括电动发电机的UPS系统，该电动发电机能够被普通线电流或来自内燃备用发电机的电流驱动，该内燃备用发电机具有电启动器电动机；该UPS系统进一步包括在主要电源故障时通过变压器和整流器切换电动发电机的输出的一部分，借此电动发电机的动能提供操作备用内燃发电机的启动系统所需的电功率的装置。

附图说明

图1是示出本发明的优选实施例的方框图。

具体实施方式

在图1中，输入功率线101是来自电力公用网的干线的功率输入。功率线101供应给开关103的一侧。开关103的输出通过功率线105供应给电动机107。电动机107通过轴108被连接到发电机109。发电机109进一步通过轴111连接到飞轮113。飞轮113足够大，以存储足以在需要启动备用发电机并在线切换它时操作发电机，并且没有不可接受的电压或频率变化的旋转动能。发电机109的输出线115是UPS不间断的输出电源线。上述所有在美国专利4460834号和4686375号中被更详细地描述。

此外，在图1中，内燃备用发动机117具有相关的电启动电动机系统137。电动机117通过轴118驱动备用发电机119。当主要电源故障时，备用发电机119的电输出通过线121供给开关103。开关103被电配置为使得在对于电动机107发生电源故障的情况下，通过线123将信号发送到启动器开关125。然后启动器开关125通过电力线124将来自功率线115的功率通过线127供应给变压器129，变压器129是步降变压器，其将发电机109产生的交流电压变换为启动器电动机137使用的电压。来自变压器129的交流功率通过线131流到整流器组件133，该整流器组件133将交流功率转变为直流电动机137可用的直流功率。

多数商业上可获得的内燃备用发动机上的启动器电动机使用12或24伏直流电源。明显地，启动器电动机137可以是交流电动机。它甚至可以被设计成直接使用来自发电机109的功率。然而，发明人认为，本发明的商业实施例将使用步降变压器和整流器，以在功率被传递到启动器系统之前调节功率。

在功能上，在正常操作中，来自线101的电功率通过开关103和线105运行电动机107和发电机109。电动机107通过轴108驱动发电机109，还通过轴111驱动飞轮113。发电机109在线115上产生功率。

在电源故障的情况下，线101变低，开关103通过线123发送电信号，闭合开关125。在电源故障的几毫秒内开关125的闭合，导致功率从发电机109通过线124和127流到变压器129，在变压器129功率被逐步降低到电动机137使用的电压。这个逐步降低的交流功率通过线131流到整流器133，在整流器133它被从交流变换到直流。该直流功率通过线135供应到启动器电动机137。

启动器电动机137启动内燃电动机117，内燃电动机117通过轴118启动并驱动发电机119。来自发电机119的电力输出通过线121流入开关103。在开关123可获得的功率改变了线123的电力状况，并断开开关125，开关125移除流到启动器电动机的电流。来自备用发电机的电功率流通过线105流到电动机107，该电动机107驱动发电机109，使得通过线115产生不间断的电功率输出供应。

在电动机的电动机-发电机组中的飞轮113的尺寸使其具有足以驱动外部负载的动能，并且还通过变压器129和整流器133提供足够的功率，以驱动启动器电动机139足够长的时间从而启动发电机117，并且在角速度中没有不期望的损失。在合理的限制内，作为调压发电机的普通技术的一部分的负反馈电路，能够补偿由旋转速度的降低导致的电压降。在输出交流功率中存在频率变化，但是根据本发明构造的原型设备的使用已经确认本发明的启动器系统运转，而不将无法接受的波动或者电压降引入到输出UPS功率线中。

虽然上述说明和附图教导了本发明的优选实施例。但是很明显本发明可以被用在任何UPS系统上，该UPS系统的能量存储元件包含足够的能量，以为备用发电机的启动器电动机提供功率，并且不会在输出UPS功率线上产生严重的频率偏移或电压降。因此本发明不应该被限于上面所示的优选实施例，而是更应该只由所附权利要求和它们的合理等价形式所限定。

Claims (2)

1.一种不间断的电源系统，包括：

电动发电机装置，用于调节电功率；

备用发电机装置，包括具有电驱动的启动器电动机装置的内燃机，所述启动器电动机装置在一定电压和一定电流下操作，用于提供备用电功率源；

电开关装置，所述电开关装置电连接到电力干线、备用发电机装置的电输出端、和电动发电机装置的电输入端，用于有选择地将功率从电力装置和备用发电机装置切换到电动发电机装置；

启动器开关装置，电连接到电动发电机装置的输出端，并电连接到备用发电机装置的启动器电动机装置的输入端，用于可切换地将电动发电机装置的电输出端连接到启动器电动机装置的输入端；以及

传感器装置，响应所述电开关装置和电连接的启动器开关装置的输出，当流向电动发电机装置的电功率流中断时，闭合启动器开关装置。

2.如权利要求1所述的不间断的电源系统，包括功率调节装置，其在所述启动器开关装置和所述启动器电动机装置之间，并电连接到所述启动器开关装置和所述启动器电动机装置，用于调节电功率流，使传递到启动器电动机装置的功率处于所述电压和所述电流下。

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