一种不间断供电装置的制作方法

1.本实用新型涉及供电系统领域，具体涉及一种不间断供电装置。


背景技术：

2.ups(uninterruptible power supply，不间断电源)作为当前重要负荷的常用备用电源之一，其具有拓扑结构简单、供电电源单一等特点，广泛应用于数据中心、医疗设备、变电站二次保护设备、铁路核心设备等重要负荷。
3.目前常见的ups一般由蓄电池组、逆变器和控制电路组成，其一端连接配电网，另一端连接用电负载，在电网电压正常时，ups利用电网电源为自身蓄电池组充电，在电网异常时，ups将蓄电池组的电能释放供用电负载使用。
4.然而，传统的ups多采用铅酸电池作为蓄电池组，其体积大，故障率高，同时其性能与可靠性会随时间下降，因此需要定期充放电及定期更换，在ups设备的整个使用寿命期限内，其安装、更换和回收过程需要用到数千磅的铅，对环境危害较大。
5.因此，实有必要开发一种不间断供电装置，用以解决上述技术问题。


技术实现要素：

6.本实用新型的实施例提供了一种不间断供电装置，以解决传统的ups安装维护不便、对环境危害较大的技术问题。
7.本实用新型实施例提供的一种不间断供电装置，包括：
8.电机，所述电机电耦接至供电网络，所述电机被配置为能够在电动机和发电机之间切换的电动/发电一体机；
9.储能飞轮，所述储能飞轮与所述电机的转子机械耦接；以及
10.内燃机，所述内燃机被配置为在所述供电网络供电故障时与所述储能飞轮机械耦接、在所述供电网络供电正常时与所述储能飞轮断开连接；
11.其中，当所述供电网络供电正常时，所述内燃机与所述储能飞轮分离，所述供电网络能够通过所述电机驱动所述储能飞轮旋转储能；
12.当所述供电网络故障断电时，所述储能飞轮能够通过转动惯性驱动所述电机旋转发电；当所述储能飞轮内储存的能量下降到预设阈值时，所述内燃机启动并与所述储能飞轮耦接，以驱动所述电机不间断地旋转发电；
13.当所述供电网络恢复正常时，所述内燃机与所述储能飞轮分离，所述内燃机关闭，所述供电网络能够通过所述电机驱动所述储能飞轮旋转储能。
14.可选地，所述供电网络故障断电时，所述储能飞轮驱动所述电机发电的时间大于所述内燃机的启动时间。
15.可选地，所述供电网络故障断电时，所述电机发电产生的电力大于或近似等于所述供电网络中的电力消耗。
16.可选地，所述供电网络恢复正常并持续供电预设时间后，所述内燃机与所述储能
飞轮分离。
17.可选地，所述电机与所述供电网络之间设置有开关，所述开关被配置为在所述供电网络供电正常时闭合、在所述供电网络供电故障时断开。
18.可选地，所述电机被配置为能够在电动机和发电机之间切换的永磁电机。
19.可选地，所述内燃机的输出轴通过离合器与所述储能飞轮机械耦接。
20.可选地，还包括监控系统，所述监控系统用于监控所述供电网络的供电状态。
21.可选地，还包括控制系统，所述控制系统用于根据所述供电网络的供电状态控制所述内燃机、所述储能飞轮及所述电机的运行。
22.可选地，所述内燃机、所述储能飞轮及所述电机均设置有速度传感器，所述速度传感器电耦接至所述控制系统。
23.上述技术方案中的一个技术方案具有如下有益效果：采用内燃机与储能飞轮耦合发电的方式为供电网络提供不间断的应急电源，当供电网络故障断电时，储能飞轮能够在转动惯性的作用下毫秒级地通过电机给负载应急供电，弥补内燃机作为应急电源启动速度慢的不足；内燃机启动后能够通过储能飞轮带动电机持续发电，弥补了储能飞轮储能有限的不足，两者结合即可实现不间断的应急供电，安装维护方便，可以有效降低对环境的影响；本方案还具有大功率、高可靠性、使用寿命长、占地面积小、工作温度范围广等特点，适合模块化组装，在恶劣气候条件下也可以快速部署。
24.另一方面，由于内燃机直接与储能飞轮机械耦接，储能飞轮能够在内燃机的作用下持续转动储存大量的能量，从而提高内燃机的抗冲击负荷能力。
附图说明
25.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本实用新型实施例提供的一种不间断供电装置的结构框图；
27.图2为本实用新型实施例提供的另一种不间断供电装置的结构框图。
具体实施方式
28.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。此外，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
29.如图1所示，本实用新型的实施例提供了一种不间断供电装置，包括电机1、储能飞轮2以及内燃机3，电机1电耦接至供电网络4，储能飞轮2与电机1的转子机械耦接，内燃机3与储能飞轮2机械耦接。
30.其中，电机1被配置为能够在电动机和发电机之间切换的电动/发电一体机，例如电动汽车领域常用的永磁电机。进一步地，电机1与供电网络4之间可以设置开关5，开关5被
配置为在供电网络4供电正常时闭合、在供电网络4供电故障时断开。
31.内燃机3被配置为在供电网络4供电故障时与储能飞轮2机械耦接、在供电网络4供电正常时与储能飞轮2断开连接。作为一些可选的实施方式，本实施例中内燃机3的输出轴通过离合器6与储能飞轮2机械耦接，可通过离合器6实现内燃机3与储能飞轮2的分离及耦合。
32.具体地，本实施例提供的不间断供电装置的工作方式如下：
33.1、当供电网络4供电正常时，开关5闭合，内燃机3与储能飞轮2分离，供电网络4在给负载7供电的同时还能通过电机1驱动储能飞轮2高速旋转，储存能量，此时电机1作为电动机运行。
34.2、当供电网络4故障断电时，开关5断开，储能飞轮2通过转动惯性带动电机1旋转发电，此时电机1作为发电机运行；当储能飞轮2内储存的能量下降到预设阈值(例如100％、80％等)时，内燃机3启动并与储能飞轮2耦接，从而带动电机1不间断地旋转发电。储能飞轮2能够在转动惯性的作用下毫秒级地通过电机1给负载7应急供电，弥补了内燃机3启动的时间间隔；内燃机3启动后能够通过储能飞轮2带动电机1持续发电，弥补了储能飞轮2供电时间有限的弱点，同时储能飞轮2的转动惯性还可以为内燃机3抗击一定的冲击负荷。
35.3、当供电网络4恢复正常时，开关5闭合，内燃机3与储能飞轮2分离，内燃机3关闭，供电网络4继续为负载7供电并通过电机1驱动储能飞轮2旋转储能，此时电机1又作为电动机运行。
36.具体地，为了保证给负载7的供电不间断，当供电网络4故障断电时，储能飞轮2驱动电机1发电的时间应当大于内燃机3的启动时间。例如若内燃机3的启动时间需要15秒，那么储能飞轮2储存的能量应当要能够持续供电大于15秒才能保证供电不间断。并且，储能飞轮2和内燃机3驱动电机1发电产生的电力最好要大于或近似等于供电网络4中的电力消耗，以保证负载7能够平稳运行。
37.另外，最好在供电网络4恢复正常并持续供电预设时间(例如15min)后，再让内燃机3与储能飞轮2分离，以防供电网络4在短时间内多次断电导致储能飞轮2未能及时储存足够的能量。
38.如图2所示，作为一些可选的实施例，还可以在上述不间断供电装置的基础上增加监控系统8和控制系统9。监控系统8电耦接至供电网络4，能够实时监控供电网络4的供电状态。控制系统9则电耦接至电机1、储能飞轮2以及内燃机3，能够根据供电网络4的供电状态控制电机1、储能飞轮2以及内燃机3的运行，还可以在电机1、储能飞轮2以及内燃机3上设置速度传感器，并将三者的速度传感器电耦接至控制系统9，以便控制系统9实时控制三者的运行状态。
39.本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例的技术方案的范围。