початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2284636

АВТОНОМНИЙ ИНВЕРТОР АГРЕГАТУ безперебійного живлення З ГЕНЕРАТОРОМ змінного СТРУМУ

Ім'я винахідника: Дмитрієв Володимир Сергійович (RU); Карпов Сергій Іванович (RU); Колобродити Володимир Кирилович (RU); Савчук Віктор Дмитрович (RU); Трусов Володимир Миколайович (RU)
Ім'я патентовласника: Відкрите акціонерне товариство "Державне машинобудівне конструкторське бюро" ВЕСЕЛКА "ім. А.Я. Березняки"
Адреса для листування: 141980, Московська обл., М Дубна, вул. Жуковського, 2а, ВАТ "ГосМКБ" ВЕСЕЛКА "ім. А.Я. Березняка", патентний відділ
Дата початку дії патенту: 2005.05.05

Винахід відноситься до області електротехніки і може бути використано в агрегатах безперебійного живлення, які використовуються, зокрема, у вітроенергетиці. Технічним результатом є розширення діапазону використовуваних потужностей нестабільних джерел електроенергії і стабілізація частоти генератора при мінливих енергіях вітру. В автономному инвертор агрегату безперебійного живлення з генератором змінного струму тиристорні мости діагоналями постійного струму підключені до джерела постійного струму через силовий транзистор. У нього додатково введена конденсаторна матриця зі схемою фазового автопідстроювання частоти мережі з n паралельно з'єднаними ланцюгами, утвореними послідовним з'єднанням конденсатора і двунаправленного ключа. Ємність кожного i + 1 конденсатора дорівнює двом номіналах i конденсатора. Керуючі входи двонаправлених ключів підключені до двійковим виходів схеми фазового автопідстроювання частоти. Вихідна обмотка генератора і конденсаторна матриця включені в діагоналі змінного струму тиристорних мостів.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до електротехніки, точніше до перетворювачів постійної напруги в змінну заданої частоти і форми, і може бути використано в агрегатах безперебійного живлення, які використовуються, зокрема, у вітроенергетиці.

У вітроенергетиці автономні інвертори спільно з генератором змінного струму утворюють агрегат безперебійного живлення відповідального споживача. В режимах, коли енергії вітру досить для навантаження, мережа харчується генератором, при падінні енергії вітру нижче номінальної мережу підключається до виходу інвертора.

Найбільш близьким до пропонованого технічного рішення по виконуваної функції і структурі, прийнятим за прототип, є автономний інвертор - корисна модель №15241. Зазначений інвертор містить бруківку тиристорну схему, діагональ змінного струму якої навантажена на первинну обмотку трансформатора, додаткову тиристорну стійку, включену так, що з першої тиристорної стійкою робочого моста вони утворюють міст з конденсатором в вихідний діагоналі, а тиристори другий стійки робочого моста шунтовані зворотними діодами, діагональ постійного струму (вхід) тиристорного мосту підключена до джерела постійного струму через транзистор. Даний автономний інвертор спільно з генератором змінного струму може працювати тільки пороздільний в часі, як зазначено вище.

Суттєвими ознаками технічного рішення-прототипу, що збігаються з суттєвими ознаками пропонованого технічного рішення, є:

- Окрема тиристорна стійка;

- Перший тиристорний міст, одна тиристорна стійка якого зашунтірованний зворотними діодами, а друга тиристорна стійка спільно з окремою системою тиристора стійкою утворюють другий тиристорний міст;

- Силовий транзистор, за допомогою якого обидва тиристорних моста діагоналями постійного струму підключені до джерела постійного струму;

- Генератор змінного струму (при роботі автономного інвертора в агрегаті безперебійного живлення).

Пороздільний робота на мережу генератора змінного струму або інвертора характеризується тим, що не використовується енергія малих вітрів, при яких генератор не забезпечує необхідних струмів в мережі. Крім того, при високих енергіях вітрів збільшується частота обертання генератора, що призводить до збільшення частоти мережі і для стабілізації мережі доводиться вводити додаткові пристрої.

Технічною задачею, на вирішення якої спрямовано пропоноване рішення, - розширення діапазону використовуваних потужностей нестабільних джерел електроенергії (наприклад, робочих вітрів), а й використання останнього для стабілізації частоти генератора при мінливих енергіях вітру. Іншими словами - розширення функціональних можливостей, а й виключення необхідності підключення додаткових пристроїв.

Для вирішення даної технічної задачі автономний інвертор агрегату безперебійного живлення з генератором змінного струму, що містить окрему тиристорну стійку, перший тиристорний міст, одна тиристорна стійка якого зашунтірованний зворотними діодами, а друга тиристорна стійка спільно з окремою системою тиристора стійкою утворюють другий тиристорний міст, при цьому обидва тиристорних моста діагоналями постійного струму підключені до джерела постійного струму через силовий транзистор, додатково містить забезпечену схемою фазового автопідстроювання частоти мережі конденсаторну матрицю, яка містить n паралельно з'єднаних ланцюгів, утворених послідовним з'єднанням конденсатора і двунаправленного ключа, при цьому номінал конденсатора в i-й ланцюга дорівнює подвоєному номіналу конденсатора в i-1 ланцюга, а керуючі входи двонаправлених ключів підключені до двійковим виходів схеми фазового автопідстроювання частоти, причому вихідна обмотка генератора включена безпосередньо в діагональ змінного струму першого тиристорного мосту, а конденсаторная матриця - в діагональ змінного струму другого тиристорного мосту.

Відмінними ознаками пропонованого інвертора є забезпечена схемою фазового автопідстроювання частоти мережі конденсаторна матриця, яка містить n паралельно з'єднаних ланцюгів, утворених послідовним з'єднанням конденсатора і двунаправленного ключа, при цьому номінал конденсатора в i-й ланцюга дорівнює подвоєному номіналу конденсатора в i-1 ланцюга, а керуючі входи двонаправлених ключів підключені до двійковим виходів схеми фазового автопідстроювання частоти, причому вихідна обмотка генератора включена безпосередньо в діагональ змінного струму першого тиристорного мосту, а конденсаторная матриця - в діагональ змінного струму другого тиристорного мосту.

В результаті пошуку за джерелами патентної та науково-технічної інформації сукупність ознак, що характеризує пропонований автономний інвертор, що не була виявлена, таким чином, пропоноване винахід відповідає критерію «новизна».

На підставі порівняльного аналізу запропонованого технічного рішення з відомим рівнем техніки за джерелами науково-технічної і патентної літератури можна стверджувати, що між сукупністю ознак, у тому числі і відмінних, і виконуваних ними функцій і досягаються цілей є неочевидна причинно-наслідковий зв'язок. На підставі вищевикладеного можна зробити висновок про те, що технічне рішення не слід явно з рівня техніки, і, отже, відповідає критерію охороноздатності «винахідницький рівень».

Запропонований інвертор може знайти застосування в автономних енергомережах з нестабільними джерелами, наприклад Вітроелектрогенератор, змінного струму промислової мережі. При цьому відпадає вимога, наприклад, до вітроагрегатів щодо забезпечення їм сталості оборотів за рахунок повороту лопатей з великою частотою. Цю функцію на себе бере пропонований інвертор. Таким чином, винахід відповідає критерію «промислово придатним».

Винахід пояснюється кресленням, на якому позначені: тиристорна бруківка схема 1, навантаження (обмотка генератора) 2, коммутирующий транзистор 3, стійка 4 з послідовно включеними тиристорами, шунтуватися зворотними діодами, окрема тиристорна стійка 5 з послідовно включеними тиристорами, що утворює з другої тиристорної стійкою моста 1 другий тиристорний міст 7, місткість (конденсаторна) матриця 6. Схема фазового автопідстроювання частоти ФАПЧ не відображено.

У вихідну діагональ тиристорної мостової схеми 1 підключена навантаження (обмотка генератора) 2. Вхідна діагональ схеми 1 з'єднується з джерелом постійного струму через транзистор коммутирующий 3. Стійка 4 з діодами VD1 і VD2 підключена паралельно тиристорному мосту 1 і середня точка стійки 4 з'єднана з першою точкою вихідний діагоналі тиристорного мосту 1. Друга точка вихідний діагоналі тиристорного мосту 1 з'єднана з середньою точкою тиристорної стійки 5 через ємнісний матрицю 6. Ємнісна матриця 6 виконана з n паралельно включених ланцюгів, кожна з яких представляє собою послідовне з'єднання конденсатора C i і двонаправленого ключа-симистора Vci. Ємність кожного i + 1 конденсатора дорівнює двом номіналах i конденсатора. Таким чином, місткість матриця обрана в коді 1-2-4-8 .... Запропонованої силовою схемою інвертора управляє відома схема фазового автопідстроювання частоти (ФАПЧ). Як правило, схема ФАПЧ в своєму складі містить задає генератор, фазовий випрямляч з фільтром і генератор частоти, керований напругою. Фазовий випрямляч виконує функцію порівняння частот генератора, що задає і частоти напруги на навантаженні інвертора.

Якщо навантаженням інвертора є активно-індуктивне навантаження з протівое.д.с., То частота напруги навантаження буде визначатися в запропонованому инвертор станом ємнісний матриці 6 і е.р.с. навантаження 2.

Покажемо це. Для цього розглянемо процеси комутації в схемі для трьох режимів навантаження з протівое.д.с. - Електричної машини змінного струму.

Режим 1. Електрична машина знаходиться в режимі генератора (це відповідає умові, коли потужність поновлюваного джерела енергії більше потужності, споживаної з мережі).

В цьому режимі VT1 закритий і тиристорний міст 1, а і тиристорна стійка 5 з конденсаторної матрицею 6 і зворотні діоди стійки 4 відключені від акумуляторної батареї.

Тиристори VS2 і VS4 включені. Тоді електрична машина, крім заживлення мережі, енергію витрачає і на перезаряд ємнісний матриці 6 по ланцюгу: в одному напрямку - початок обмотки Н, конденсатор, двонаправлений ключ VCi, діод VD3, VS2, кінець обмотки К; в іншому напрямку - кінець обмотки К, VS4, VD4, двонаправлений ключ VCi, конденсатор Ci, початок обмотки. Тим самим показано, що в цьому режимі паралельно мережі підключена конденсаторна матриця 6, яка виконує роль регульованої реактивної навантаження. Регулювання здійснюється комутацією двонаправлених ключів VCi. Для числа конденсаторів n маємо 2 ⁿ число ступенів реактивного навантаження. Якщо сигнал з фазового випрямляча перетворити в двійковий код і цим кодом управляти ключами конденсаторної матриці 6, то конденсаторна батарея буде грати роль генератора, керованого напругою (ГУН в схемі ФАПЧ), оскільки паралельне підключення конденсаторів до мережі змінює кут між струмом і напругою мережі, що впливає на момент на валу електричної машини змінного струму, це в свою чергу впливає на швидкість обертання валу машини, що і визначає частоту мережі.

Таким чином, показано, що коммутируемая місткість матриця 6 грає роль генератора, керованого напругою. Схема ж ФАПЧ при цьому виконує функцію стабілізатора частоти мережі.

Режим 2. Машина знаходиться в режимі, перехідному з генераторного в руховий і навпаки.

При цьому режимі потужність поновлюваного джерела в середньому дорівнює номінальній потужності мережі, але через нестаціонарності цієї енергії відбувається коливання частоти напруги мережі.

Режим, коли частота мережі більше номінальної, розглянуто вище. Розглянемо режим зменшення частоти мережі. При цьому потужності генератора (потужності електричної машини) не вистачає, щоб живити мережу. Для цього випадку відсутня енергія буде споживатися з джерела постійного струму. При цьому транзистор VT1 починає комутуватися з частотою, що задає і схема працює як схема звичайного інвертора (схема-прототип). Додатково, в залежності від стану мережі схема ФАПЧ знижує значення ємності ємнісний матриці 6 до рівня, що забезпечує замикання тиристорів VS1 і VS3. Процес комутації в цьому режимі йде по ланцюгу VS1, навантаження, VS4, VT1 з переходом на ланцюг VS5, конденсатор Ci, навантаження, VS4, VT1 в одному напрямку і VS2, навантаження, VS3, VT1 з переходом на ланцюг VS2, навантаження, конденсатор Ci , VS6, VT1 в іншому напрямку. Перехід з одного режиму в інший відбувається з запізненням всього на полперіода напруги.

Режим 3. Потужність джерела відновлюваної енергії (потужність електричної машини) істотно нижча за потужність, що споживається з мережі.

При цьому обмотки машини відключаються від інвертора і мережа живить лише інвертор, працюючи як інвертор-прототип. Таким чином, показано, що, керуючи ємнісний матрицею 6 за допомогою схеми фазового автопідстроювання частоти, в запропонованому инвертор з активно-індуктивним навантаженням з протівое.д.с. можна досягти стабілізації частоти мережі.

По суті запропонований чотириквадрантний інвертор, що забезпечує роботу електричної машини у всіх її режимах без переривання струмів, що дуже важливо для мережі відповідальних споживачів.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

Автономний інвертор агрегату безперебійного живлення з генератором змінного струму, що містить окрему тиристорну стійку, перший тиристорний міст, одна тиристорна стійка якого зашунтірованний зворотними діодами, а друга тиристорна стійка спільно з окремою системою тиристора стійкою утворюють другий тиристорний міст, при цьому обидва тиристорних моста діагоналями постійного струму підключені до джерела постійного струму через силовий транзистор, що відрізняється тим, що він містить забезпечену схемою фазового автопідстроювання частоти мережі конденсаторну матрицю, яка містить n паралельно з'єднаних ланцюгів, утворених послідовним з'єднанням конденсатора і двунаправленного ключа, при цьому ємність кожного i + 1 конденсатора дорівнює двом номіналах i конденсатора, а керуючі входи двонаправлених ключів підключені до двійковим виходів схеми фазового автопідстроювання частоти, причому вихідна обмотка генератора включена безпосередньо в діагональ змінного струму першого тиристорного мосту, а конденсаторная матриця в діагональ змінного струму другого тиристорного мосту.

Версія для друку
Дата публікації 02.02.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів