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 RU2292627

ДЖЕРЕЛО ВТОРИННОЇ ЕЛЕКТРОЖИВЛЕННЯ
З компенсації СПОТВОРЕНЬ в електромережі

Ім'я винахідника: Терешков Володимир Васильович (RU); Корчагін Олександр Володимирович (RU); Аванесов Володимир Михайлович
Ім'я патентовласника: Державна освітня установа вищої професійної освіти "Таганрозький державний радіотехнічний університет" (ТРТУ)
Адреса для листування: 347928, Ростовська обл., М Таганрог, ГСП-17А, Некрасовський, 44, ТРТУ
Дата початку дії патенту: 2005.06.30

Винахід відноситься до електротехніки і може бути використано при побудові джерел вторинного електроживлення, які працюють в мережах живлячої змінної напруги при потужностях навантаження, порівнянних з потужністю живильного силового трансформатора, або автономних системах електропостачання обмеженою потужності. Мета винаходу - розширення функціональних можливостей пристрою: компенсація неактивній (реактивної потужності і потужності спотворень) складовою повної потужності в однофазної мережі змінного струму обмеженою потужності, поліпшення якості напруги живлення, зниження втрати потужності і напруги в мережі живлення. Поставлена ​​мета досягається тим, що в джерело вторинного електроживлення з компенсацією спотворень в мережі живлення введений адаптивний регулятор, який вніс зміни форми вхідного сигналу для системи управління таким чином, що інжектіруемие в мережу живлення гармонійні складові споживаного струму мінімізують спотворення форми кривої напруги живлення в точці підключення заявляється пристрою.

ОПИС ВИНАХОДИ

Передбачуване винахід відноситься до електротехніки і може бути використано при побудові джерел вторинного електроживлення, які працюють в мережах живлячої змінної напруги при потужностях навантаження, порівнянних з потужністю живильного силового трансформатора, або автономних системах електропостачання обмеженою потужності.

Відомо пристрій "Джерело стабілізованої напруги з низькочастотної корекцією коефіцієнта потужності" [патент РФ 2187879, МПК 7 Н 02 М 7/12, опублікований 20.08.2002].

Пристрій містить (фіг.1) джерело синусоїдальної напруги; послідовно з'єднані випрямляч V і дросель L, включені між джерелом синусоїдальноїнапруги і вихідним ємнісним фільтром З з навантаженням R н; схему ключа СК, з'єднані паралельно входу випрямляча, що забезпечує накопичення енергії в індуктивності дроселя і розв'язку з ємнісним фільтром під час відкритого стану ключа; схему управління СУ ключем, з'єднану з входом і виходом джерела стабілізованої напруги і регулюючу момент включення і тривалість відкритого стану ключа в першій половині кожного напівперіоду напруги живлення; під'єднані до схеми управління ключем джерело стабільного постійного опорного напруги U опор і датчик струму Дт, включений між виходом випрямляча і навантаженням, причому один з силових висновків ключа об'єднаний з висновком датчика струму, сполученим з висновком навантаження. Технічний результат полягає в доданні джерела функції стабілізації вихідної напруги.

Недоліки такого пристрою: можливість застосування для корекції коефіцієнта потужності тільки на низьких частотах і тільки при фіксованих навантаженнях.

Причиною, що перешкоджає досягненню технічного результату, є відсутність управління з урахуванням сигналу про напругу в навантаженні.

Ознаки аналога, що збігаються з суттєвими ознаками винаходу: пристрій містить однофазний мостовий діодний випрямляч, систему управління, дросель; паралельно навантаженні включений згладжує конденсатор, а послідовно навантаженні - датчик струму.

Відомо пристрій "Електронний пускорегулюючі апарати" [Березін М.Ю., Ковальов Ю.І., Ремнев А.М. Методи поліпшення коефіцієнта потужності пускорегулюючий апарату. - Світлотехніка, 1997, №2, С.6 ... 8]. Пристрій містить (фіг.2) двохкаскадний однофазний коректор коефіцієнта потужності і систему управління. Перший каскад утворює однофазний мостовий випрямляч, другий каскад - імпульсний перетворювач постійної напруги підвищувального типу, вихід якого з'єднаний з навантаженням. До складу імпульсного перетворювача постійної напруги підвищувального типу входять послідовно з'єднані дросель L _ін і відтинає діод VD, до точки з'єднання дроселя і діода підключений силовий транзистор VT. Паралельно навантаженні включений згладжує конденсатор С. До складу системи управління входять датчик вхідного напруги ДН, датчик струму ДТ, компаратор К. Узгодження системи управління і другого каскаду коректора коефіцієнта потужності (затвора ланцюга силового транзистора VT) здійснюється за допомогою драйверного пристрої Др, що входить до складу другого каскаду. Формування синфазной кривої струму i _н здійснюється за допомогою порівняння сигналу u _дт з датчиків струму ДТ і сигналу u _дн з датчика напруги ДН і формування на виході компаратора К сигналу s _до перемикання силових транзистором VT.

Недоліки такого пристрою: можливість застосування тільки при фіксованих навантаженнях і в пристроях, де не пред'являються високі вимоги до стабілізації вихідної напруги U _н.

Причиною, що перешкоджає досягненню технічного результату, є відсутність зворотного зв'язку (управління з урахуванням сигналу про напругу в навантаженні).

Ознаки аналога, що збігаються з суттєвими ознаками винаходу: пристрій містить двохкаскадний однофазний коректор коефіцієнта потужності і систему управління; перший каскад утворює однофазний мостовий діодний випрямляч, другий каскад - імпульсний перетворювач постійної напруги підвищувального типу, вихід якого з'єднаний з навантаженням; до складу імпульсного перетворювача постійної напруги підвищувального типу входять послідовно з'єднані дросель L _ін і відтинає діод VD, до точки з'єднання дроселя і діода підключений силовий транзистор VT; паралельно навантаженні включений згладжує конденсатор С; до складу системи управління входять датчик вхідного напруги ДН, датчик струму ДТ, компаратор К; узгодження системи управління і другого каскаду коректора коефіцієнта потужності (затвора ланцюга силового транзистора VT) здійснюється за допомогою драйверного пристрої Др, що входить до складу другого каскаду.

Відомо пристрій - прототип "Схема підвищуючого перетворювача постійної напруги в постійне, використовувана для корекції коефіцієнта потужності" [Флоренції С.Н. Активна корекція коефіцієнта потужності перетворювачів з однофазним випрямлячем на вході. - Електротехніка, 1992, №3, с.28 ... 32]. Пристрій містить (фіг.3) двохкаскадний однофазний коректор коефіцієнта потужності і систему управління. Перший каскад утворює однофазний мостовий діодний випрямляч, другий каскад - імпульсний перетворювач постійної напруги підвищувального типу, вихід якого з'єднаний з навантаженням. До складу імпульсного перетворювача постійної напруги підвищувального типу входять послідовно з'єднані дросель L _ін і відтинає діод VD, до точки з'єднання дроселя і діода підключений силовий транзистор VT. Паралельно навантаженні включений згладжує конденсатор С. До складу системи управління входять датчики напруги ДН1, ДН2, датчик струму ДТ, компаратор К, перемножувач П, регулятор Р з передавальної функцією F (p), акумулятор . Узгодження системи управління і другого каскаду коректора коефіцієнта потужності (керуючої ланцюга силового транзистора VT) здійснюється за допомогою драйверного пристрої Др, що входить до складу другого каскаду. Формування синфазной кривої струму i _н здійснюється за допомогою порівняння сигналів з датчиків струму ДТ u _дт і задає сигналу u _зад з виходу перемножителя П і формування на виході компаратора К сигналу s _до перемикання силових транзистором VT. Ставить сигнал u _зад формується перемножением сигналу з виходу датчика напруги ДН1 u _вх (вхідна напруга мережі живлення) і вихідного сигналу регулятора _{u p.} Вихідна напруга регулятора формується з урахуванням сигналу неузгодженості між вихідним сигналом датчика напруги ДН2 u _вих (напруга на навантаженні) і заданим стабілізуючим сигналом u _ст. сигнал неузгодженості формується на виході суматора .

До недоліку пристрою слід віднести обмежені функціональні можливості: пристрій не компенсує реактивну складову повної потужності і потужність спотворень.

Причиною, що перешкоджає досягненню технічного результату, є формування синфазного вхідного струму. Форма вхідного струму повторює форму напруги живлення мережі U _з і пристрій не компенсує реактивну складову повної потужності і потужність спотворень, які виникають при роботі включених паралельно нелінійних навантажень (ключові джерела вторинного електроживлення з випрямлячами на вході і ємнісними накопичувачами). Таким чином, перетворювач є "прозорим" для мережі живлення тільки при харчуванні власної навантаження і не впливає на показники якості електроенергії в точці підключення, які можуть погіршуватися при роботі суміжних нелінійних споживачів і споживачів з непоодиноким коефіцієнтом потужності (які мають реактивну складову).

Ознаки прототипу, що збігаються з суттєвими ознаками винаходу: пристрій містить датчик вхідного напруги, бруківці однофазний діодний випрямляч, датчик струму, датчик вихідної напруги, навантаження, систему управління в складі компаратора, перемножителя, регулятора і суматора, імпульсний перетворювач постійної напруги підвищувального типу, що має в своєму складі дросель, що відтинає діод, силовий транзистор, що згладжує конденсатор і драйверного пристрій, причому вхід мостового однофазного діодного випрямляча є входом джерела вторинного електроживлення з компенсацією спотворень в мережі живлення і до цього входу підключений датчик вхідного напруги, верхній вихід мостового однофазного діодного випрямляча з'єднаний з верхній входом імпульсного перетворювача постійної напруги підвищувального типу, а нижній - через датчик струму з'єднаний з нижнім входом імпульсного перетворювача постійної напруги підвищувального типу, а до виходів останнього підключений датчик вихідної напруги і навантаження, виходи датчика струму і датчика вихідної напруги з'єднані відповідно з другим і третім входами системи управління; перший вхід системи управління з'єднаний з першим входом перемножителя, вихід якого з'єднаний з неінвертірующего входом компаратора, другий вхід системи управління з'єднаний з інвертує входом компаратора, вихід компаратора є виходом системи управління і здійснює комутацію імпульсного перетворювача постійної напруги підвищувального типу, третій і четвертий входи системи управління з'єднані відповідно з віднімається і суммирующим входами суматора, вихід останнього через послідовно з'єднаний регулятор з'єднаний з другим входом перемножителя; на четвертий вхід системи управління подається задає сигнал.

Завданням винаходу є розширення функціональних можливостей пристрою: компенсація неактивній (реактивної потужності і потужності спотворень) складовою повної потужності в однофазної мережі змінного струму обмеженою потужності, поліпшення якості напруги живлення і зниження втрат потужності і напруги в мережі живлення.

Технічний результат досягається тим, що в пристрій активної корекції коефіцієнта потужності перетворювачів з однофазним випрямлячем на вході введений адаптивний регулятор. Адаптивний регулятор вніс зміни форми вхідного сигналу для системи управління так, що інжектірумие в мережу живлення гармонійні складові споживаного струму мінімізують спотворення форми кривої напруги живлення в точці підключення джерела вторинного електроживлення з компенсацією спотворень в мережі живлення.

Для досягнення технічного результату в пристрій, що містить датчик вхідного напруги, бруківці однофазний діодний випрямляч, датчик струму, датчик вихідної напруги, навантаження, систему управління в складі компаратора, перемножителя, регулятора і суматора, імпульсний перетворювач постійної напруги підвищувального типу, що має в своєму складі дросель , що відтинає діод, силовий транзистор, що згладжує конденсатор і драйверного пристрій, причому вхід мостового однофазного діодного випрямляча є входом джерела вторинного електроживлення з компенсацією спотворень в мережі живлення і до цього входу підключений датчик вхідного напруги, верхній вихід мостового однофазного діодного випрямляча з'єднаний з верхній входом імпульсного перетворювача постійної напруги підвищувального типу, а нижній - через датчик струму з'єднаний з нижнім входом імпульсного перетворювача постійної напруги підвищувального типу, а до виходів останнього підключені датчик вихідної напруги і навантаження, виходи датчика струму і датчика вихідної напруги з'єднані відповідно з другим і третім входами системи управління , а перший вхід системи управління з'єднаний з першим входом перемножителя, вихід якого з'єднаний з неінвертірующего входом компаратора, другий вхід системи управління з'єднаний з інвертує входом компаратора, вихід компаратора є виходом системи управління і здійснює комутацію імпульсного перетворювача постійної напруги підвищувального типу, третій і четвертий входи системи управління з'єднані відповідно з віднімається і суммирующим входами суматора, вихід останнього через послідовно з'єднаний регулятор з'єднаний з другим входом перемножителя, а на четвертий вхід системи управління подається задає сигнал, додатково введено адаптивний регулятор, що складається з адаптивного фільтра, двухполуперіодного випрямляча, обчислювача, вимірювача коефіцієнта форми напруги мережі живлення і вузла підсумовування, причому перший вхід адаптивного регулятора з'єднаний з точкою, яка об'єднує вхід адаптивного фільтра, перший вхід обчислювача і вхід вимірювача коефіцієнта форми напруги мережі живлення, а вихід адаптивного фільтра через послідовно з'єднаний двонапівперіодний випрямляч з'єднаний з першим входом системи управління, віднімає вхід вузла підсумовування з'єднаний з виходом вимірювача коефіцієнта форми напруги мережі живлення, а на суммирующий вхід подається сигнал завдання коефіцієнта форми напруги мережі, причому вихід вузла підсумовування з'єднаний з другим входом обчислювача, вихідна шина якого з'єднана з вхідною шиною адаптивного фільтра.

На фіг.4 приведена функціональна схема джерела вторинного електроживлення з компенсацією спотворень в мережі живлення.

До складу джерела вторинного електроживлення з компенсацією спотворень в мережі живлення входять датчик 1 вхідної напруги, бруківці однофазний діодний випрямляч 2, датчик 3 струму, імпульсний перетворювач 4 постійної напруги підвищувального типу (має в своєму складі дросель 5, що відтинає діод 6, силовий транзистор 7, згладжує конденсатор 8 і драйверного пристрій 9), датчик 10 вихідної напруги, навантаження 11, адаптивний регулятор 12 (що складається з адаптивного фільтра 13, двухполуперіодного випрямляча 14, обчислювача 15, вимірювача 16 коефіцієнта форми напруги мережі живлення і вузла 17 підсумовування) і система 18 керування (до її складу входять компаратор 19, перемножувач 20, регулятор 21 і суматор 22).

Вхід мостового однофазного діодного випрямляча 2 є входом джерела вторинного електроживлення з компенсацією спотворень в мережі живлення. До входу джерела вторинного електроживлення з компенсацією спотворень в мережі живлення підключений датчик 1 вхідної напруги, вихід якого з'єднаний з першим входом адаптивного регулятора 12. Верхній вихід мостового однофазного діодного випрямляча 2 з'єднаний з верхнім входом імпульсного перетворювача 4 постійної напруги підвищувального типу, а нижній - через датчик 3 струму з'єднаний з нижнім входом імпульсного перетворювача 4 постійної напруги підвищувального типу. Верхній вхід імпульсного перетворювача 4 постійної напруги підвищувального типу через дросель 5 з'єднаний з точкою, до якої підключений анод відсікаючого діода 6 і стік силового транзистора 7. Катод відсікаючого діода 6 з'єднаний з точкою, що з'єднує верхню обкладку конденсатора 8 і верхній вихід імпульсного перетворювача 4 постійної напруги підвищує типу. Нижній вхід імпульсного перетворювача 4 постійної напруги підвищувального типу об'єднує витік силового транзистора 7, нижню обкладку конденсатора 8 і нижній вихід імпульсного перетворювача 4 постійної напруги підвищувального типу. До виходів останнього підключені датчик 10 вихідної напруги і навантаження 11. Затвор і витік силового транзистора 7 з'єднані з виходом драйверного пристрою 9, вхід якого з'єднаний з виходом системи 18 управління. Виходи датчика 3 струму і датчика 10 вихідної напруги з'єднані відповідно з другим і третім входами системи 18 управління.

Перший вхід системи 18 управління з'єднаний з першим входом перемножителя 20, вихід якого з'єднаний з неінвертірующего входом компаратора 19, другий вхід системи 18 управління з'єднаний з інвертує входом компаратора 19, вихід останнього є виходом системи 18 управління і з'єднаний зі входом драйверного пристрою 9. Третій і четвертий входи системи 18 управління з'єднані відповідно з віднімається і суммирующим входами суматора 22, вихід останнього через послідовно з'єднаний регулятор 21 з'єднаний з другим входом перемножителя 20. На четвертий вхід системи 18 управління подається задає сигнал s _нзад.

Перший вхід адаптивного регулятора 12 з'єднаний з точкою, яка об'єднує вхід адаптивного фільтра 13, перший вхід обчислювача 15 і вхід вимірювача 16 коефіцієнта форми напруги мережі живлення. Вихід адаптивного фільтра 13 через послідовно з'єднаний двонапівперіодний випрямляч 14 з'єднаний з першим входом системи 18 управління. Віднімає вхід вузла 17 підсумовування з'єднаний з виходом вимірювача 16 коефіцієнта форми напруги мережі живлення, а на суммирующий вхід подається сигнал завдання коефіцієнта форми напруги мережі s _кфзад. Вихід вузла 17 підсумовування з'єднаний з другим входом обчислювача 15, вихідна шина якого з'єднана з вхідною шиною адаптивного фільтра 13.

Джерело вторинного електроживлення з компенсацією спотворень в мережі живлення працює наступним чином.

ДЖЕРЕЛО ВТОРИННОЇ ЕЛЕКТРОЖИВЛЕННЯ З компенсації СПОТВОРЕНЬ в електромережі
Працює наступним чином

Вхідна змінна однофазне напругу U c надходить на вхід датчика 1 вхідної напруги і вхід мостового однофазного діодного випрямляча 2. На виході датчика 1 вхідної напруги формується сигнал S c (тут і далі функція часу не відображено), що надходить на перший вхід адаптивного регулятора 12. Вихідний випрямлена напруга | U c | (Модуль вхідного сигналу) випрямляча через датчик 3 струму подається на вхід перетворювача 4 постійної напруги підвищувального типу. При перемиканні силового транзистора 7 в провідний (відкрите) стан до дроселя 5 прикладається випрямлена напруга | U c | і струм через дросель i і починає наростати (інтервал часу t A ... t B, фіг.5): де i і (t) - струм джерела стабілізованої напруги з компенсацією потужності спотворень в однофазної мережі змінного струму; L - індуктивність дроселя 5; t A і t B - відповідно моменти часу відкривання і закривання силового транзистора 7.

На інтервалі часу _t A ... _t B відтинає діод 6 знаходиться в закритому стані _(| U c | _<U H) і харчування навантаження 11 забезпечується зарядженим сглаживающим конденсатором 8. На виході датчика 3 струму формується сигнал s _дт 5 пропорційний вхідному струмі i _і:

де k _дт - коефіцієнт передачі датчика 3 струму.

При перевищенні вихідного сигналу датчика 3 струму s _дт задає сигналу s _зад з виходу перемножителя 20 на значення порогового сигналу (гистерезиса) компаратора 19 S _пір, тобто при s _дт -s _зад> S _пір (точка А на фіг.5), компаратор 19 перемикається і силовий транзистор 7 переходить в закритий стан. Струм дроселя 5 i _і протікає через відкритий відтинає діод 6, тим самим заряджаючи ємність згладжує конденсатора 8. Спадання струму на інтервалі часу _t B ... t _С (фіг.5) триває до точки С, в якій s _дт -s _зад < S _пір. У цей момент часу відбувається перемикання компаратора 19 в одиничний стан і силовий транзистор 7 відкривається. Струм через дросель 5 зростає до точки D, в якій s _дт -s _зад> S _пір. На інтервалах часу _t A ... _t B і _t C ... _t D відтинає діод 6 закритий, тобто виконується умова _| U c | <U _н. Таким чином формується струм через дросель 5 з обвідної у вигляді позитивних напівхвиль, пропорційних та повторюють форму полуволн напруги _U c на вході мостового однофазного діодного випрямляча 2, а значить на вході джерела вторинного електроживлення з компенсацією спотворень в мережі живлення.

Вихідний сигнал s _дт датчика 3 струму подається на інвертується вхід компаратора 19, де проводиться порівняння з задає сигналом s _зад (вихід перемножителя 20). Висловимо сигнал перемножителя 20 s _зад через сигнал помилки регулювання = s _нзад -U _н k _дн2 на виході суматора 22 (k _дн2 - коефіцієнт передачі датчика 10 вихідної напруги):

де s _вх - вхідна напруга системи 18 управління;

s _вих - сигнал вихідної напруги датчика 10 вихідної напруги пристрою, s _вих = U _н k _дн2;

s _р - вихідна напруга регулятора 21;

- Напруга на виході суматора 22;

F (p) - передатна функція регулятора 21.

Система 18 управління забезпечує формування вхідного струму i _і, амплітуда якого визначається значенням сигналу завдання s _нзад (вихідної напруги U _н), а форма повторює форму вхідного сигналу системи 18 управління s _вх (вихідна напруга адаптивного регулятора 12).

Розглянемо процес формування вхідного сигналу s _вх системи 18 управління (сигнал на виході адаптивного регулятора). Вихідний сигнал s _з з виходу датчика 1 вхідної напруги надходить на вхід вимірювача 16 коефіцієнта форми напруги мережі живлення. На виході останнього формується сигнал s ^_кф:

де k _кф - коефіцієнт перетворення вимірювача 16 коефіцієнта форми напруги мережі живлення;

k _ДН1 - коефіцієнт передачі датчика 1 вхідної напруги;

Т - період коливань вхідного напруги мережі.

На вхід вузла 17 підсумовування надходять сигнали, що відповідають фактичному значенню коефіцієнта форми s _кф, і сигнал завдання коефіцієнта форми s _кфзад, відповідний неспотвореної формі вхідної змінної напруги. Для неспотвореної синусоїдальної форми напруги живлення коефіцієнт форми k _фн становить [Вимірювання в електроніці: Довідник / За ред. Кузнєцова В.А. - М .: Вища школа, 1987. - 512 с., С.86] s _кфзад = 1,111:

Адаптивний регулятор 12 являє собою алгоритмічний блок, реалізація якого передбачає застосування мікропроцесора. Тому процес функціонування розглядається далі в дискретному часі в моменти відліків n-1, n, n + 1 ...

У разі, коли виміряний коефіцієнт форми напруги мережі в n-ий момент часу s _{кф (n)} відрізняється від коефіцієнта форми для неспотвореної форми напруги живлення, на виході вузла 17 підсумовування формується сигнал помилки _n = s _кфзад -s _{кф (n).} Дискретний сигнал помилки _n надходить на вхід обчислювача 15. Процесор реалізує підстроювання коефіцієнтів передачі (матриця _W n) адаптивного фільтра за методом найменших квадратів [Уїдроу Б., Стірнз С. Адаптивна обробка сигналів. М .: Радио и связь, 1989. - 440 с., С.94 ... 101]:

де _S c _(n) = _[s c _(n)s c _(n-1) ... (s _{с (nL)]}^T - вектор вхідного сигналу адаптивного фільтра 13;

L - порядок адаптивного фільтра 13;

- Коефіцієнт, який визначає швидкість адаптації методу найменших квадратів.

Зміна коефіцієнтів передачі _W n призводить до того, що вихідний сигнал u _ф адаптивного фільтра 13 відрізняється від синусоїдальної. Вихідний сигнал u _ф адаптивного фільтра 13 надходить на вхід двухполуперіодного випрямляча 14, що виділяє модуль сигналу u _ф. Вихідний сигнал двухполуперіодного випрямляча 14 надходить на вхід системи 18 управління. Підстроювання коефіцієнтів передачі _W n призводить до того, що форма споживаного струму стає відмінною від синусоїдальної. В результаті в мережу живлення проводиться інжекція вищих гармонік споживаного струму. На наступному кроці ітераційної настройки коефіцієнтів передачі процес повторюється, що призводить до зміни форми кривої напруги мережі живлення. Процес адаптивної настройки спрямований на мінімізацію помилки між фактичним і заданим коефіцієнтом форми кривої напруги мережі живлення. Таким чином процес замикається через вплив заявляється пристрою на коефіцієнт форми напруги живлення, а отже, на показники якості електроенергії. В процесі настройки рівень гармонік, інжектіруемих в мережу живлення, змінює форму і прагне мінімізувати помилку неузгодженості _n між заданим значенням коефіцієнта форми s _кфзад і фактичним s _{кф (n)} на наступному (n + 1) -му кроці налаштування. Пояснимо процес корекції коефіцієнта форми кривої напруги живлення на прикладі фрагмента мережі змінного струму (фіг.6).

Вже згадана система електропостачання має в своєму складі силовий трансформатор (або інше джерело) з фазною е.р.с. Е _ф і активної і реактивної складовими внутрішнього опору R _вн і X _{вн (k)} = k L _вн ( - Основна частота кривої живильної мережі; k - номер гармоніки), повна потужність якого порівнянна з сумарною повної потужністю всіх споживачів, підключених в точці загального приєднання (ТОВ). При цьому мається на увазі, що спотворення на виході джерела фазного спотворення відсутні, тобто амплітуди вищих гармонік дорівнюють нулю. Для спрощення лінія зв'язку між виходом силового трансформатора та ТОП представлена активним опором R _л. Споживачі представлені (стрілки відображають напрямок передачі потужності):

- Лінійної навантаженням, яка споживає активну P _л потужність;

- Нелінійним навантаженням, яка споживає активну P _н, реактивну Q _н і потужність спотворень D _н;

- Світильниками дросельного типу, що споживають активну P _з і реактивну _Q c потужність;

- Заявляється пристроєм - джерелом вторинного електроживлення з компенсацією спотворень в мережі живлення, що споживають активну P _до і генеруючим в мережу реактивну Q _до і потужність спотворень D _до;

- Іншими споживачами, які споживають в загальному випадку активну Р _д, реактивну Q _д і потужність спотворень D _д.

Оцінимо техніко-економічний ефект від використання запропонованого винаходу. Для цього визначимо сумарний струм I _a і втрати активної Р _a потужності в ТОП при роботі всіх споживачів за умови, що заявляється джерело вторинного електроживлення з компенсацією спотворень в мережі живлення споживає тільки активну потужність, тобто Q _к = 0 і D _до = 0:

Запишемо вираз для миттєвого значення напруги в ТОП u _ТОП (t) як різниця миттєвих значень фазної напруги Е _ф і падіння напруги сумарного споживаного струму I _a на елементах мережі:

де Е _ФM - амплітуда гармонійної складової напруги в ланцюзі джерела;

_I m _(k) - амплітуда k-тій гармонійної складової струму в ланцюзі джерела.

В даному режимі роботи напруга в точці загального приєднання містить гармонійні складові, які є наслідком роботи нелінійних навантажень. У цьому випадку коефіцієнт форми кривої напруги в точці загального приєднання буде відрізнятися від значення, що визначається для чисто синусоїдальної кривої. Оцінимо сумарний струм I _k і втрати активної Р _до потужності в ТОП при роботі всіх споживачів за умови, що заявляється джерело стабілізованої напруги з компенсацією потужності спотворень в однофазної мережі змінного струму споживає активну потужність, а в живильну генерує реактивну потужність Q _до <0 і потужність спотворень D _до <0:

(9)

(10)

В даному випадку коефіцієнт форми кривої напруги живлення наближається до значення для синусоїдальної форми. Процес адаптивної підстроювання замикається через инжекцию в мережу живлення вищих гармонійних складових і пояснюється на фіг.7.

Аналіз виразів (7) і (9) показує, що інжекція в мережу живлення гармонік струму з боку заявляється джерелом вторинного електроживлення з компенсацією спотворень в мережі живлення дозволяє в порівнянні з прототипом забезпечити позитивний ефект:

- Зменшити втрати активної потужності в системі електропостачання: P _до < P _а;

- Провести компенсацію неактивній (реактивної потужності і потужності спотворень) складовою повної потужності;

- Поліпшити показники якості електроенергії [ГОСТ 13109-97. Електрична енергія. Сумісність технічних засобів електромагнітна. Норми якості електричної енергії в електричних мережах загального призначення. - М .: Видавництво стандартів, 1998. - 31 с.] В частині усталеного відхилення напруги _U c: знижується значення втрати напруги за рахунок часткової компенсації потужності спотворень і реактивної потужності споживачів;

- Поліпшити показники якості електроенергії [ГОСТ 13109-97. Електрична енергія. Сумісність технічних засобів електромагнітна. Норми якості електричної енергії в електричних мережах загального призначення. - М .: Видавництво стандартів, 1998. - 31 с.] В частині коефіцієнта спотворення синусоидальности кривої напруги

в ТОП: знижуються значення вищих гармонійних складових кривої напруги живлення за рахунок часткової компенсації потужності спотворень споживачів.

Вимірювач 16 коефіцієнта форми кривої напруги мережі реалізує алгоритм інтегральної обробки сигналу і може бути виконаний на аналогової елементної базі з застосуванням перемножителя сигналів [Попов BC, Желбаков І.М. Вимірювання середньоквадратичного значення напруги. - М .: Вища школа, 1987. - 120 с .; Алексенко А.Г., Коломбет Е.А., Стародуб Г.І. Застосування прецизійних аналогових мікросхем. - 2-е изд., Перераб. і доп.- М .: Радио и связь, 1985. - 256 с.] або на цифровому алгоритмічній (програмному) блоці з цифровою обробкою сигналів [Горлач А.А., Мінц М.Я., Чинков В.Н. Цифрова обробка сигналів у вимірювальній техніці. - Київ: Технiка, 1985., с.62 ... 68].

На фіг.8 показаний приклад технічної реалізації вимірювача 16 коефіцієнта форми напруги мережі живлення на аналоговій елементній базі. Він містить перемножителя 23, 24, 25 сигналів, прецизійний двонапівперіодний випрямляч 26, фільтри 27, 28 нижніх частот, операційні підсилювачі 29, 30.

Досліджуваний сигнал s _с, коефіцієнт форми якого потрібно визначити, надходить на обидва входи перемножителя 23 і прецизійного двухполуперіодного випрямляча 26. Вихідні сигнали s _з² і | s _з | з виходів розглянутих каскадів надходять на входи фільтрів нижніх частот 27 і 28, що виділяють постійну складову розглянутих сигналів:

де k ₁ - коефіцієнт передачі перемножителя 23;

k ₃ - коефіцієнт передачі двухполуперіодного випрямляча 26;

k _2, k ₄ - коефіцієнти передачі відповідно фільтрів 27 і 28 нижніх частот.

На операційному підсилювачі 29 і перемножителя 24 реалізована схема вилучення квадратного кореня:

де k ₅ - коефіцієнт перетворення схеми вилучення квадратного кореня на базі операційного підсилювача 29 і перемножителя 24.

Сигнали з виходів операційного підсилювача 29 і фільтра нижніх частот 28 надходять на схему поділу сигналів на базі операційного підсилювача 30 і перемножителя 25, де і формується сигнал, пропорційний коефіцієнту форми:

де k ₆ - коефіцієнт перетворення схеми поділу сигналів на базі операційного підсилювача 30 і перемножителя 25.

Таким чином, на виході операційного підсилювача 30 формується сигнал s _кф, пропорційний коефіцієнту форми кривої напруги живлення мережі.

Варіант технічної реалізації прецизійного двухполуперіодного випрямляча 26 наведено в [Титце У., Шенк К. Напівпровідникова схемотехніка: Довідкове керівництво. Пер. з нім. - М .: Світ, 1982, 512 с., С.471].

Як регулятор 21, що входить до складу системи 18 управління, може використовуватися пропорційно-інтегруючий або інтегруючий регулятор, варіант виконання якого на аналоговій елементній базі наводиться в [Титце У., Шенк К. Напівпровідникова схемотехніка: Довідкове керівництво. Пер. з нім. - М .: Світ, 1982, 512 с., С.480 ... 484].

На фіг.9 наведено варіант виконання адаптивного фільтра 13 і обчислювача 15. Адаптивний фільтр має в своєму складі [Титце У., Шенк К. Напівпровідникова схемотехніка: Довідкове керівництво. Пер. з нім. - М .: Світ, 1982, 512 с., С.425; Уїдроу Б., Стірнз С. Адаптивна обробка сигналів. М .: Радио и связь, 1989. - 440 с., С.96] фільтри 31 і 32 нижніх частот, пристрій 33 вибірки-зберігання, аналого-цифровий перетворювач 34 АЦП, елементи 35 ... 37 затримки, кількість яких визначається порядком адаптивного фільтра L, перемножителя 38 ... 40, число яких визначається порядком адаптивного фільтра L, суматор 41, цифроаналоговий перетворювач 42 ЦАП.

Обчислювач 15 має в своєму складі підсилювачі 43 ... 45 з коефіцієнтом передачі 2 , Перемножителя 46 ... 48 і інтегратори 49 ... 51.

Вхідний сигнал _s c фільтрується вхідним фільтром 31 нижніх частот, стробіруется і запам'ятовується пристроєм 33 вибірки зберігання і перетворюється в цифру за допомогою АЦП 34. Зрушення даних на час t елементами затримки проводиться в тактові моменти часу, які визначаються тактується імпульсами по входу "Такт". На виході АЦП 34 і елементів 35 ... 37 затримки формуються сигнали дискретного часу _s c _(n),s c _(n-1),s c _(nL), що надходять на входи перемножителя 38 ... 40, далі з виходу яких - на вхід суматора 41. Вихідний цифровий сигнал суматора 41 перетворюється в аналоговий сигнал ЦАП 42, далі - фільтрується фільтром 32 нижніх частот. Вихідний сигнал s _ф останнього є вихідним сигналом адаптивного фільтра.

Вхідними сигналами обчислювача 15 є вибірки вхідного сигналу в дискретні моменти часу _s c _(n),s c _(n-1),s c _(nL), що надходять на входи підсилювачів 43 ... 45, а з них - на входи перемножителя 46 ... 48. Інтегрування вихідних сигналів суматорів 46 ... 48 відбувається в інтеграторах 49 ... 51, виходи яких утворюють вихідну шину обчислювача, яка формує вектор вагових коефіцієнтів на n-ном кроці процесу адаптивної настройки адаптивного фільтра.

Конструктивно адаптивний фільтр і обчислювач доцільно виконувати на базі мікропроцесорів, укомплектованих вхідним аналого-цифровим перетворювачем.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

Джерело вторинного електроживлення з компенсацією спотворень в мережі живлення, що містить датчик вхідного напруги, бруківці однофазний діодний випрямляч, датчик струму, датчик вихідної напруги, навантаження, систему управління в складі компаратора, перемножителя, регулятора і суматора, імпульсний перетворювач постійної напруги підвищувального типу, що має в своєму складі дросель, що відтинає діод, силовий транзистор, що згладжує конденсатор і драйверного пристрій, причому вхід мостового однофазного діодного випрямляча є входом джерела вторинного електроживлення з компенсацією спотворень в мережі живлення і до цього входу підключений датчик вхідного напруги, верхній вихід мостового однофазного діодного випрямляча з'єднаний з верхнім входом імпульсного перетворювача постійної напруги підвищувального типу, а нижній через датчик струму з'єднаний з нижнім входом імпульсного перетворювача постійної напруги підвищувального типу, а до виходів останнього підключений датчик вихідної напруги і навантаження, виходи датчика струму і датчика вихідної напруги з'єднані відповідно з другим і третім входами системи управління, а перший вхід системи управління з'єднаний з першим входом перемножителя, вихід якого з'єднаний з неінвертірующего входом компаратора, другий вхід системи управління з'єднаний з інвертує входом компаратора, вихід компаратора є виходом системи управління і здійснює комутацію імпульсного перетворювача постійної напруги підвищувального типу, третій і четвертий входи системи управління з'єднані відповідно з віднімається і суммирующим входами суматора, вихід останнього через послідовно з'єднаний регулятор з'єднаний з другим входом перемножителя, а на четвертий вхід системи управління подається задає сигнал, який відрізняється тим, що в нього введений адаптивний регулятор, що складається з адаптивного фільтра, двухполуперіодного випрямляча, обчислювача, вимірювача коефіцієнта форми напруги мережі живлення і вузла підсумовування, причому з першим входом адаптивного регулятора з'єднаний вихід датчика вхідної напруги, перший вхід адаптивного регулятора з'єднаний з точкою, яка об'єднує вхід адаптивного фільтра, перший вхід обчислювача і вхід вимірювача коефіцієнта форми напруги живильної мережі, а вихід адаптивного фільтра через послідовно з'єднаний двонапівперіодний випрямляч з'єднаний з першим входом системи управління, що віднімає вхід вузла підсумовування з'єднаний з виходом вимірювача коефіцієнта форми напруги мережі живлення, а на суммирующий вхід вузла підсумовування подається сигнал завдання коефіцієнта форми напруги мережі, причому вихід вузла підсумовування з'єднаний з другим входом обчислювача, вихідна шина якого з'єднана з вхідною шиною адаптивного фільтра.

Версія для друку
Дата публікації 15.02.2007гг

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