| 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) | |||
Навігація: => |
На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2182396
КОМПЕНСАТОР ВІДХИЛЕНЬ напруги І реактивної потужності
Ім'я винахідника: Климаш В.С .; Симоненко І.Г.
Ім'я патентовласника: Комсомольський-на-Амурі державний технічний університет
Адреса для листування: 681013, м Комсомольськ-на-Амурі, вул. Леніна, 27, КнАГТУ, патентний відділ
Дата початку дії патенту: 1999.08.10
Винахід відноситься до енергетичної електроніці і може бути використано для стабілізації вихідної напруги і вихідний реактивної потужності трансформаторної підстанції. Компенсатор відхилень напруги і реактивної потужності виконаний з ланкою підвищеної частоти для поліпшення масогабаритних показників додаткового трансформатора підстанції. Понижуючий високочастотний трансформатор має схему з'єднання обмоток Д / У або Д / У н і включений між двома перетворювачами частоти. Один перетворювач підвищує частоту і виконаний з ланкою постійної напруги на основі рекуперативного випрямляча і інвертора напруги з 180 o управлінням, а інший знижує частоту до частоти мережі і являє собою нульовий ціклоконвертор з природною комутацією. До вихідних затискачів випрямляча підключені фільтрокомпенсуючі ланцюга, і в разі потреби до первинної або вторинної ланцюга головного трансформатора підстанції підключаються косинусні конденсатори. Управління амплітудою додаткового напруги виробляється рекуперативним випрямлячем від знову введеного датчика реактивної складової потужності або струму (кута 
або tg струму) на вході або виході підстанції, а управління фазою - від датчика відхилення напруги навантаження при одночасному впливі на системи управління інвертором і конвертором. Технічний результат полягає в підвищенні енергетичної ефективності, що забезпечується поліпшенням форми вхідного струму і вихідної напруги, а й розширенням діапазону компенсації реактивної потужності при забезпеченні стабільності вихідної напруги.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до енергетичної електроніці і призначене для стабілізації вихідної напруги і вхідний реактивної потужності трансформаторної підстанції.
За прототип узятий компенсатор відхилень напруги і реактивної потужності (патент РФ 2071633, 10.01.97, 6 G 05 F 1/30), який містить два перетворювача частоти і включений між ними високочастотний понижуючий трансформатор. Перший перетворювач підвищує частоту і виконаний з ланкою постійної напруги на базі рекуперативного випрямляча, фільтра і інвертора напруги, а другий - знижує частоту до частоти мережі і являє собою нульовий ціклоконвертор з природною комутацією.
Напруга навантаження в прототипі складається з вихідної напруги головного трансформатора підстанції і додаткового напруження, яке регулюється по амплітуді за допомогою рекуперативного випрямляча і по фазі за допомогою інвертора напруги і нульового ціклоконвертора. В процесі стабілізації напруги навантаження досягається компенсація вхідний реактивної потужності за рахунок випереджаючого формування додаткового напруги по відношенню до напруги мережі.
До недоліків прототипу слід віднести неповну компенсацію реактивної потужності підстанції і великі спотворення як вихідної напруги, так і вхідного струму, що характеризують низьку його енергетичну ефективність.
Вищі гармонійні складові в кривій напруги обумовлені неузгодженістю схеми включення обмоток понижувального високочастотного трансформатора і алгоритмів керування інвертором напруги і нульовим ціклоконвертором, а в кривої струму - наявністю у вторинному ланцюзі підстанції рекуперативного випрямляча.
У прототипі відсутні батареї косинусного конденсаторів на вході і виході підстанції, а і фільтрокомпенсуючі ланцюга гармонік струму рекуперативного випрямляча, що доповнюють компенсацію реактивної складової основної гармоніки струму, а в трансформаторно-тиристорному пристрої не передбачений режим споживання реактивної потужності через регулювання фази вектора вольтодобавки тільки в сторону випередження.
Ці обставини обмежують діапазон регулювання статичного джерела реактивної потужності і, отже, його можливості з енергозбереження.
Завданням винаходу є підвищення енергетичної ефективності пристрою.
В результаті рішення поставленої задачі усувається несинусоидальность струмів в ланцюгах пристрою, крім цього з кривою додаткового напруги виключається вища гармоніка з триразовою частотою ланки підвищеної частоти і, нарешті, в 2 рази розширюється діапазон регулювання реактивної потужності.
Рішення поставленого завдання досягається тим, що первинна обмотка понижуючого високочастотного трансформатора з'єднана в трикутник, а інвертор напруги виконаний з 180-градусним управлінням, до входу рекуперативного випрямляча підключені фільтрокомпенсуючі ланцюга і введений датчик реактивної складової потужності або струму первинної або вторинної ланцюга підстанції, вихід якого підключений до керуючого входу системи управління рекуперативним випрямлячем, виконаним з обмеженням мінімального рівня випрямленої напруги, а системи управління інвертором напруги і нульовим ціклоконвертором виконані з можливістю регулювання фази на 360 o (див. п. 1 формули) і, крім того, при необхідності вводиться батарея косинусного конденсаторів, яка підключена до первинної або вторинної ланцюга трансформаторної підстанції (див. п.2 формули).
Крім цього, при зниженні амплітуди вектора вольтодобавки понижуючий високочастотний трансформатор починає недовикористаної. Для підвищення ККД доцільним є (див. П.3 формули) одночасно зі зниженням амплітуди - знижувати частоту вихідної напруги інвертора, що і відноситься до підвищення енергетичної ефективності компенсатора.
 |
 |
 |
На фіг.1 наведена схема компенсатора до рівня відомих функціональних елементів, а на фіг.2 - його векторні діаграми режимів роботи, що пояснюють процес компенсації відхилень напруги навантаження і реактивної потужності у вторинному ланцюзі головного трансформатора підстанції. На Фіг.3 показано той же пристрій, але тільки забезпечує компенсацію реактивної потужності в первинному ланцюзі головного трансформатора підстанції. На фіг.1 і 3 пунктирною лінією об'єднані керуючий вхід реверсивного випрямляча і додатковий керуючий вхід інвертора напруги. Цей зв'язок показує одночасне регулювання напруги і частоти інвертора напруги по одному і тому ж сигналу управління. |
Компенсатор містить головний 1 (низькочастотний понижуючий) і додатковий 2 (високочастотний понижуючий) трансформатори, рекуперативний випрямляч 3 з системою управління 4, інвертор напруги 5 з системою управління 6, фільтр 7, нульовий ціклоконвертор 8 з системою управління 9, вимірювально-синхронізуючий блок 10, датчик 11 реактивної складової потужності або струму в первинної (фіг.3) або вторинної (фіг.1) ланцюга підстанції, датчик 12 відхилення напруги навантаження, мережа 13, навантаження 14, фільтрокомпенсуючі ланцюга 15, батарею косинусного конденсаторів 16, включених і як і датчик 11 в первинну (фіг.3) або у вторинну (фіг.1) ланцюг підстанції.
На фіг.2: U 2, I 2 і U H, I H - напруги і струми вторинному ланцюзі і навантаження підстанції; U НПЧ - регульоване по амплітуді і фазі додатковий напруга підстанції; I f - вхідний струм рекуперативного випрямляча; I з - струм батареї косинусного конденсаторів і (або) фільтрокомпенсуючі ланцюгів; н - фаза струму навантаження; ± 
U 1 - позитивне і негативне відхилення напруги в мережі.
Вектор додаткового напруги U НПЧ підстанції, що формується з напруги навантаження U Н рекуперативним випрямлячем 3, фільтром 7, інвертором напруги 5, високочастотним знижувальним трансформатором 2 і нульовим ціклоконвертором 8, визначається виразом 
Додаткове напруження, підсумовуючись за допомогою головного трансформатора 1 з напругою його вторинної обмотки U 2, обумовлює напругу навантаження U H = U 2 + U НПЧ, яке з урахуванням виразу (1) і рівняння U 1 = k ТГ U 2 має вигляд 
або з урахуванням відхилень напруги мережі ± U 1 і падіння напруги на трансформаторах 
викликають відхилення напруги на навантаженні 
остаточно отримаємо 
де k ТГ і k ТП - коефіцієнти трансформації головного (високочастотного понижуючого) 1 і додаткового (високочастотного понижуючого) 2 трансформаторів; 
в і і - кути імпульсно-фазового управління рекуперативним випрямлячем 3 і інвертором напруги 5.
З виразу (2) і векторних діаграм (фіг.2) видно, що модуль і аргумент вектора напруги навантаження U h можна регулювати зміною кутів управління рекуперативним випрямлячем в і інвертором напруги і. У компенсаторі зміна кута в ввозяться функції відхилення реактивної складової потужності або струму первинної або вторинної ланцюга підстанції від нульового рівня, а зміна і - в функції відхилення напруги навантаження від заданого, наприклад номінального, рівня. При загальному активно-індуктивному характері всіх споживачів вторинної ланцюга підстанції, включаючи фільтрокомпенсуючі ланцюга і споживанні (генерації) компенсатором реактивної потужності сигнал з виходу датчика 11 реактивної складової потужності або струму первинної або вторинної ланцюга підстанції надходить на керуючий вхід системи 4 управління рекуперативним випрямлячем 3 і, зменшуючи (збільшуючи) кут управління рекуперативним випрямлячем в, здійснює збільшення (зменшення) діючого значення вихідної напруги U НПЧ нульового ціклоконвертора 8 і відповідно збільшується (зменшується) фаза вектора напруги навантаження U h, випереджаючого вектор напруги вторинної обмотки U 2 головного трансформатора 1. При цьому датчик 12 відхилення напруги навантаження 14 подає сигнал на керуючі входи систем управління 6 і 9. Ці системи, одночасно змінюючи фазу вихідного напруги інвертора напруги 5 і нульового ціклоконвертора 8 на кут і, здійснюють регулювання діючого значення напруги навантаження U H.
В результаті такого амплітудно-фазового впливу на вихідну напругу нульового ціклоконвертора 8 вектор цієї напруги U НПЧ так формує свій модуль і аргумент, що вектор напруги навантаження U h є радіусом заданої кружності.
При загальному активно-ємнісному характері всіх споживачів вторинної ланцюга підстанції, що може мати місце при малоіндуктівних і активних навантаженнях, компенсатор працює аналогічно, але при цьому формування вихідної напруги нульового ціклоконвертора 8 здійснюється в області відставання щодо напруги на вторинній обмотці головного трансформатора 1. У цій області тиристори інвертора напруги 3 працюють з природною комутацією.
В процесі стабілізації вихідної напруги підстанції при зниженому (підвищеному) значенні напруги мережі 13, рекуперативний випрямляч 3 працює в випрямному (інверторному) режимі, забезпечуючи пристрою роботу в режимі вольтодобавки (вольтовичета) зі споживанням додаткової енергії з вторинної ланцюга головного трансформатора 1 (рекуперацією надлишкової енергії в мережу).
Нульовий ціклоконвертор 8 з природною комутацією володіє вільним обміном енергії завдяки зміні тривалості роботи катодних і анодних фазних тиристорних груп в випрямному і інверторному режимах за допомогою синхронізованою з мережею системи управління 9. В процесі регулювання фази додаткового напруги відбувається автоматичний перерозподіл тривалостей випрямного і инверторного режимів по знаку струму навантаження 14.
Використання компенсатора дозволяє здійснювати пряму повну компенсацію реактивної потужності в первинному або у вторинному ланцюзі підстанції із забезпеченням стабільності діючого значення вихідної напруги незалежно від жорсткості зовнішньої характеристики мережі, а й від величини і характеру навантаження.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Компенсатор відхилень напруги і реактивної потужності, включений на низькій стороні головного трансформатора підстанції і містить два перетворювача частоти і включений між ними високочастотний понижуючий трансформатор, перший перетворювач частоти підвищує частоту по відношенню до частоти мережі і виконаний з ланкою постійної напруги на базі рекуперативного випрямляча, фільтра і інвертора напруги, а другий перетворювач частоти знижує частоту до частоти мережі і являє собою нульовий ціклоконвертор з природною комутацією, вхід першого перетворювача частоти підключений до навантаження, до якої і через вторинну обмотку головного трансформатора підключений вихід нульового ціклоконвертора, вхід нульового ціклоконвертора підключений до з'єднаної в зірку з ізольованою або заземленою нейтраллю вторинної обмотці високочастотного понижуючого трансформатора, первинна обмотка якого підключена до виходу інвертора напруги, системи управління інвертором напруги і нульовим ціклоконвертором синхронізовані з мережею і виконані з можливістю одночасного регулювання фази по відношенню до напруги мережі, для чого їх синхронизирующие входи об'єднані і через вимірювально-синхронізуючий блок підключені до вторинної обмотки головного трансформатора, а їх керуючі входи і об'єднані і підключені до виходу датчика відхилення напруги навантаження, що відрізняється тим, що первинна обмотка високочастотного понижуючого трансформатора з'єднана в трикутник, а інвертор напруги виконаний з 180 o управлінням , до входу рекуперативного випрямляча підключені фільтрокомпенсуючі ланцюга і введений датчик реактивної складової потужності або струму первинної або вторинної ланцюга підстанції, вихід якого підключений до керуючого входу системи управління рекуперативним випрямлячем, виконаним з обмеженням мінімального рівня випрямленої напруги, а системи управління інвертором напруги і нульовим ціклоконвертором виконані з можливістю регулювання фази на 360 o, і вводиться батарея косинусного конденсаторів, яка так само, як і датчик реактивної складової або струму відповідно підключена до первинної або вторинної ланцюга трансформаторної підстанції.
2. Компенсатор по п. 1, який відрізняється тим, що при зниженні вихідної напруги рекуперативного випрямляча дискретно кратно частоті мережі знижують вихідну частоту інвертора напруги.
Версія для друку
Дата публікації 15.02.2007гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.