| 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 RU2280911
ПРИСТРІЙ ДЛЯ ПЕРЕТВОРЕННЯ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ трьох- і однофазних напруг і струмів (ВАРІАНТИ)
Ім'я винахідника: Єрмілов Михайло Олександрович (RU); Купріянович Юрій Михайлович (RU); Алякринский Борис Борисович
Ім'я патентовласника: Єрмілов Михайло Олександрович (RU); Купріянович Юрій Михайлович (RU); Алякринский Борис Борисович
Адреса для листування: 109652, Москва, вул. Люблінська, 171, кв.164, М.А. Єрмілова
Дата початку дії патенту: 2004.09.30
Винахід відноситься до електротехніки, до перетворювальної техніки і призначене для оборотного перетворення електричної енергії трьох- і однофазних напруг і струмів. Технічний результат полягає в забезпеченні харчування однофазних споживачів від трифазної первинної мережі з симетричним навантаженням, а й симетричного харчування трифазних споживачів від однофазної мережі. Винахід забезпечує сполучення режимів роботи трифазних і однофазних мереж і споживачів, при яких виконуються вимоги симетрії трифазних напруг і струмів. Лінійність характеристик входять до складу перетворювачів елементів забезпечує високу якість електроенергії в електричних мережах і у споживачів і нормативно необхідну електромагнітну сумісність джерел і приймачів електроенергії між собою. Спочатку напруга і струм однофазного джерела живлення перетворюються в симетричну систему двофазних напруг і струмів, однакових по модулю і зсунутих по фазі на 1/4 періоду. Потім за допомогою трансформаторного перетворювача проводиться перетворення двофазних напруг і струмів в симетричну систему трифазних напруг і струмів трифазного приймача, однакових по модулю і зсунутих по фазі на 1/3 періоду. Зворотне двоетапне перетворення відбувається в зворотній послідовності. Контроль симетричного режиму роботи перетворювача і управління баластними реактивними елементами здійснюється вимірюванням кута зсуву фаз між двофазними струмами, в залежності від величини і знака відхилення якого впливають на величини реактивних опорів баластних елементів.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до електротехніки, зокрема до трансформаторобудування, і перетворювальної техніки і призначене для оборотного взаємного перетворення електричної енергії трьох- і однофазних напруг і струмів.
Мета винаходу - створення перетворювальних пристроїв для електроживлення однофазних споживачів значної потужності від трифазної первинної мережі з симетричним навантаженням останньої, а й симетричного електроживлення трифазних споживачів від однофазної мережі, розширення функціональних можливостей і варіантів конструктивних рішень схем електроживлення одно- і трифазних споживачів.
Пропоновані в якості винаходи спосіб і пристрої для перетворення електричної енергії одно- і трифазних напруг і струмів забезпечують сполучення режимів роботи трифазних і однофазних мереж і споживачів, при яких достатньо повно виконуються, перш за все, вимоги симетрії трифазних напруг і струмів. При цьому можливе значне варіювання чисел витків секцій обмоток, а й регулювання напруги шляхом перемикання секцій. Більш того, завдяки лінійності характеристик входять до складу перетворювачів елементів і, як наслідок, лінійності інтегральних електричних характеристик перетворювачів в цілому забезпечуються високі показники якості електроенергії в електричних мережах і у споживачів як однофазних, так і трифазних напруг і струмів, тобто досягається нормативно необхідна електромагнітна сумісність джерел і приймачів електроенергії між собою (наприклад, вимоги ГОСТ 13109-97).
Це досягається завдяки пропонованим способом взаємного оборотного перетворення електричної енергії трифазних напруг і струмів в однофазні, в процесі якого використовуються трансформаторний перетворювач електричної енергії трифазних напруг і струмів в двофазні, що містить, щонайменше, трифазну обмотку, з одного боку, і двухфазную, з іншого , блок баластних реактивних елементів (конденсаторів і дроселів), датчики двухфазного струму і блок контролю симетричного режиму роботи перетворювача і управління реактивними баластними елементами, що відрізняється тим, що процес перетворення відбувається в два етапи так, що на першому етапі проводиться перетворення однофазних напруг і струмів в двофазні за допомогою включених в ланцюг двухфазной обмотки трансформаторного перетворювача баластних реактивних елементів (конденсаторів і дроселів), в процесі якого напруга і струм однофазного джерела перетворюються в симетричну систему двофазних напруг і струмів, однакових по модулю і зсунутих по фазі на чверть періоду, а на другому етапі за допомогою вказаного трансформаторного перетворювача проводиться перетворення двофазних напруг і струмів в трифазні, в процесі якого напруги і струми двофазного обмотки перетворюються в симетричну систему трифазних напруг і струмів трифазного приймача, однакових по модулю і зсунутих по фазі на третину періоду, при цьому зворотне перетворення ( трифазних напруг і струмів в однофазні) відбувається і в два етапи, але в зворотній послідовності.
Відомі трансформаторні перетворювачі електричної енергії трифазних синусоїдальних напруг і струмів в двофазні, що містять просторовий трехстержневой муздрамтеатр з розташованими на ньому трифазної вхідний і двофазної вихідний обмотками [1, 2].
В основі пристрою пропонованих трансформаторних перетворювачів використовуються аналогічні зазначеним вище трансформаторні перетворювачі [1, 2] електричної енергії трифазних напруг і струмів в двофазні, трифазна обмотка яких приєднана до трифазної мережі або трифазного приймача, реактивні баластні елементи і блок контролю симетричного режиму роботи перетворювача і управління реактивними баластними елементами, при цьому реактивні баластні елементи включені між двухфазной обмоткою трансформаторного перетворювача [1, 2] і однофазним приймачем або однофазної мережею і утворюють блок перетворення однофазних напруг і струмів в двофазні, а блок контролю симетричного режиму роботи перетворювача і управління реактивними баластними елементами включає в себе трансформатори струму в якості датчиків двофазних струмів, фазовий дискримінатор, що вимірює різницю амплітуд двофазних струмів і відхилення кута зрушення фаз між ними від чверті періоду, і виконавчий пристрій, змінює величини реактивних опорів баластних елементів, при цьому шини двофазних струмів проходять крізь сердечники магнітопроводів трансформаторів струму , вторинні обмотки трансформаторів струму підключені до вимірювальних входів фазового дискримінатора, вихід якого з'єднаний з входом виконавчого пристрою.
 |
 |
Функціональна блок-схема трансформаторного перетворювача електричної енергії трифазних напруг і струмів в однофазні приведена на фіг.1. Робочий процес в трансформаторному перетворювачі відбувається наступним чином.
Етап перетворення трифазних напруг і струмів в двофазні відбувається в блоці 1 з відповідною назвою, який по пристрою і принципу дії збігається з відомими трансформаторними перетворювачами [1], [2]. В результаті симетричні трифазні напруги і струми I A, I B, I З симетричного трифазного джерела (або приймача) 2 перетворюються в симетричні двофазні напруги і струми I Q і I D = ± jI Q. Для прикладу одна з можливих електричних схем внутрішніх з'єднань трансформаторного перетворювача трифазних напруг і струмів в двофазні показана на фіг.2.
Трансформаторний перетворювач 1 електричної енергії трифазних напруг і струмів в двофазні містить муздрамтеатр, що складається з, щонайменше, трьох сердечників (наприклад. А, В, С) однакового поперечного перерізу стрижневого або групового типу, трифазну обмотку, що складається з, щонайменше, трьох однакових з числом витків W т фаз (наприклад, А, в, с), розташованих на відповідних сердечниках муздрамтеатру, з'єднаних між собою в зірку або трикутник, і двухфазную обмотку, яка виконана складається, щонайменше, з шести секцій: двох ( наприклад, W ad і W aq), розміщених на осерді А, двох (наприклад, W bd і W bq), розміщених на осерді В, і двох (наприклад. W cd і W cq), розміщених на осерді С, секції W ad і W bd з'єднані послідовно згідно між собою і послідовно зустрічно з секцією W cd і утворюють напівгрупу першої фази D двухфазной обмотки, секції W bq і W cq з'єднані послідовно згідно між собою і послідовно зустрічно з секцією W aq і утворюють напівгрупу другої фази Q двухфазной обмотки , при цьому числа витків секцій повинні ставитися між собою як
Етап перетворення двофазних напруг і струмів в однофазні відбувається в блоці 3 з відповідною назвою, електричні схеми різних варіантів якого наведено на фіг.3-5.
 |
 |
 |
Так, в блоці 3 перетворення симетричних двофазних напруг і струмів в однофазні згідно зі схемою фіг.3 до однієї з фаз 4 двухфазной обмотки трансформаторного перетворювача 1 трифазних напруг і струмів в двофазні паралельно підключені один з баластних елементів 5 і друга фаза 6 двухфазной обмотки, послідовно з якої з'єднаний однофазний приймач 7 електричної енергії та іншої баластовий елемент 8. На схемі фіг.3 двофазні обмотки 4 і 6 трансформаторного перетворювача 1 трифазних напруг і струмів в двофазні характеризуються напругою U та ± jU холостого ходу і опорами, рівними їх вхідним комплексним опорам (короткого замикання) Z K = R K + jX K при замкнутої накоротко трифазної обмотці, однофазний приймач 7 - комплексним опором Z H = R H + jX H, а баластні елементи 5 і 8 - їх реактивними опорами Х Б1 і Х Б2. Умова симетрії двофазних струмів I = ± jI Н з урахуванням рівнянь Кірхгофа: |
± jU = (R K + iX K) (± jI H) + jX Б1 (1 ± j) I H U = ((R K + R H) + j (Х K + Х H + Х Б2))I H + iX Б1 (1 ± j) I H
реалізується при параметрах баластних елементів, рівних:
Х Б1 = ± 0,5R H Х Б2 + Х H = 0
У блоці 3 перетворення однофазних напруг і струмів в симетричні двофазні I Q і I D = ± jI Q згідно зі схемою фіг.4 обидві фази 4 і 6 двухфазной обмотки трансформаторного перетворювача 1 з'єднані послідовно один з одним, з одним з баластних елементів 8 і однофазної мережею 9, а другий баластовий елемент 5 підключений паралельно послідовно з'єднаним між собою однією з фаз 6 двухфазной обмотки і однофазної мережею 9. На схемі фіг.4 однофазний джерело 9 характеризується напругою U, обмотки 4 і 6 трансформаторного перетворювача 1 - опорами Z Ф = R Ф + jX Ф, рівними їх вхідним комплексним опорам при підключеному до трифазної обмотці трехфазном приймачі 2, а баластні елементи 5 і 8 - їх реактивними опорами Х Б1 і Х Б2. Умова симетрії двофазних струмів I D = ± jI Q з урахуванням рівнянь: iX Б1 (± j-1) I Q = (R Ф * j (Х Ф + Х Б2))I Q, реалізується при параметрах баластних елементів, рівних: Х Б1 = ± R Ф Х Б2 + X Б1 + Х Ф = 0.
У блоці 3 перетворення однофазних напруг і струмів в симетричні двофазні I Q і I D ± jI Q згідно зі схемою фіг.5 обидві фази 4 і 6 двухфазной обмотки підключені до однофазної мережі 9, при цьому послідовно з кожної з них включений баластний реактивний елемент 5 і 8. Умова симетрії двофазних струмів I D = ± jI Q з урахуванням рівнянь
(R Ф + j (Х Ф + X Б1))(± jI Q) = (R Ф + j (Х Ф + Х Б2))I Q
реалізується при параметрах баластних елементів, рівних
Х Б1 = - (R Ф + Х Ф) Х Б2 = R Ф Х Ф.
При зміні режиму роботи перетворювача, наприклад, внаслідок зміни величини і / або характеру (cos 
) Навантаження, що виражається в зміні параметрів Z Ф = R Ф + jX Ф або Z H = R H + iX Н, і при фіксованих параметрах Х Б1 і Х Б2 баластних елементів 5 і 8 відбувається порушення симетрії двофазних I Q і I D і, як наслідок, трифазних I A, I B, I C струмів. Збереження симетричного режиму роботи перетворювача здійснюється за допомогою блоку 10 контролю симетричного режиму роботи перетворювача і управління реактивними баластними елементами 5 і 8. Блок 10 контролю і управління (фіг.1) працює в такий спосіб. Напруги з вторинних обмоток трансформаторів струму 11 і 12 (ТТ D і ТТ Q), що відображають інформацію про величину і фазі двофазних струмів I Q і I D, надходять на вимірювальні входи фазового дискримінатора 13, який формує сигнал, пропорційний відхиленню кута зсуву фаз між струмами I Q і I D від чверті періоду. Цей сигнал надходить на вхід виконавчого пристрою 14, яке змінює параметри Х Б1 і Х Б2 баластних елементів 5 і 8 відповідно до зазначених вище умовами симетрії двофазних струмів.
ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ
1. Авторське свідоцтво СРСР №598197, 11.10.1976. Кл. Н 02 М 5/14.
2. Патент Франції №2648612, 15.06.1989. Кл. H 01 F 33/00.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. трансформаторний перетворювач трифазних напруг і струмів в однофазні, в якому процес перетворення відбувається в два етапи: на першому етапі трифазні напруги і струми трифазного мережі перетворюються в симетричну систему двофазних напруг і струмів, однакових по модулю і зсунутих по фазі на чверть періоду, які на другому етапі перетворюються в однофазні напруги і струми однофазного приймача електроенергії, що містить блок перетворення трифазних напруг і струмів в симетричну систему двофазних напруг і струмів з трифазною обмоткою, приєднаної до трифазної мережі і двофазної обмотки, баластні реактивні елементи, а перетворення симетричною системи двофазних напруг і струмів в однофазні забезпечено тим, що до однієї з фаз двухфазной обмотки паралельно підключені один з баластних реактивних елементів і друга фаза двухфазной обмотки, послідовно з якою з'єднаний однофазний приймач електричної енергії та іншої баластовий реактивний елемент, при цьому блок контролю симетричного режиму роботи та управління баластними реактивними елементами вимірює різницю амплітуд двофазних струмів і кут зсуву фаз між ними і впливає в залежності від величини і знака відхилення цього кута від чверті періоду на величини реактивних опорів баластних реактивних елементів так, що реактивний опір Х Б1 першого баластного реактивного елемента дорівнює половині активного опору R H однофазного приймача електричної енергії Х Б1 = ± 0,5R H, а реактивний опір Х Б2 другого баластного реактивного елемента в сумі з реактивним опором Х H однофазного приймача електричної енергії дорівнює нулю Х Б2 + Х H = 0.
2. трансформаторний перетворювач по п.1, що відрізняється тим, що блок контролю симетричного режиму роботи та управління баластними реактивними елементами включає в себе трансформатори струму в якості датчиків двофазних струмів, фазовий дискримінатор, що вимірює різницю амплітуд двофазних струмів і відхилення кута зрушення фаз між ними від чверті періоду і виконавчий пристрій, змінює величини реактивних опорів баластних реактивних елементів, при цьому шини двофазних струмів проходять крізь сердечники магнітопроводів трансформаторів струму, вторинні обмотки трансформаторів струму підключені до вимірювальних входів фазового дискримінатора, вихід якого з'єднаний з входом виконавчого пристрою.
3. трансформаторний перетворювач однофазних напруг і струмів в трифазні, в якому процес перетворення відбувається в два етапи: на першому етапі однофазні напруги і струми однофазної мережі перетворюються в симетричну систему двофазних напруг і струмів, однакових по модулю і зсунутих по фазі на чверть періоду, які на другому етапі перетворюються в симетричну систему трифазних напруг і струмів трифазного приймача електричної енергії, однакових по модулю і зсунутих по фазі на третину періоду, що містить блок перетворення симетричною системи двофазних напруг і струмів в симетричну систему трифазних напруг і струмів з приєднаною до трифазного приймача електричної енергії трифазною обмоткою і двофазної обмотки, баластні реактивні елементи, а перетворення однофазних напруг і струмів в симетричну систему двофазних напруг і струмів на першому етапі забезпечене тим, що обидві фази двофазної обмотки з'єднані послідовно один з одним, з одним з баластних реактивних елементів і однофазної мережею, а другий баластовий реактивний елемент підключений паралельно послідовно з'єднаним між собою однією з фаз двухфазной обмотки і однофазної мережею, при цьому блок контролю симетричного режиму роботи та управління баластними реактивними елементами вимірює різницю амплітуд двофазних струмів і кут зсуву фаз між ними і впливає в залежності від величини і знака відхилення цього кута від чверті періоду на величини реактивних опорів баластних реактивних елементів так, що реактивний опір Х Б1 першого баластного реактивного елемента дорівнює вхідному активного опору R Ф фази двофазної обмотки при підключеному до трифазної обмотці трехфазном приймачі електричної енергії Х Б1 = ± R Ф, а реактивний опір Х Б2 другого баластного реактивного елемента в сумі з реактивним опором Х Б1 першого баластного реактивного елемента і вхідним реактивним опором Х Ф фази двофазної обмотки при підключеному до трифазної обмотці трехфазном приймачі електричної енергії дорівнює нулю Х Б2 + Х Б1 + Х Ф = 0 .
4. трансформаторний перетворювач по п.3, що відрізняється тим, що блок контролю симетричного режиму роботи та управління баластними реактивними елементами включає в себе трансформатори струму в якості датчиків двофазних струмів, фазовий дискримінатор, що вимірює різницю амплітуд двофазних струмів і відхилення кута зрушення фаз між ними від чверті періоду і виконавчий пристрій, змінює величини реактивних опорів баластних реактивних елементів, при цьому шини двофазних струмів проходять крізь сердечники магнітопроводів трансформаторів струму, вторинні обмотки трансформаторів струму підключені до вимірювальних входів фазового дискримінатора, вихід якого з'єднаний з входом виконавчого пристрою.
5. трансформаторний перетворювач однофазних напруг і струмів в трифазні, в якому процес перетворення відбувається в два етапи: на першому етапі однофазні напруги і струми однофазної мережі перетворюються в симетричну систему двофазних напруг і струмів, однакових по модулю і зсунутих по фазі на чверть періоду, які на другому етапі перетворюються в симетричну систему трифазних напруг і струмів трифазного приймача електричної енергії, однакових по модулю і зсунутих по фазі на третину періоду, що містить блок перетворення симетричною системи двофазних напруг і струмів в симетричну систему трифазних напруг і струмів з приєднаною до трифазного приймача електричної енергії трифазною обмоткою і двофазної обмотки, баластні реактивні елементи, а перетворення однофазних напруг і струмів в симетричну систему двофазних напруг і струмів на першому етапі забезпечене тим, що обидві фази двофазної обмотки підключені до однофазної мережі, послідовно з кожної з них включений баластний реактивний елемент, при це блок контролю симетричного режиму роботи та управління баластними реактивними елементами вимірює різницю амплітуд двофазних струмів і кут зсуву фаз між ними і впливає в залежності від величини і знака відхилення цього кута від чверті періоду на величини реактивних опорів баластних реактивних елементів так, що реактивний опір Х Б1 першого баластного реактивного елемента дорівнює різниці активного R Ф і індуктивного Х Ф вхідних опорів фаз двухфазной обмотки при підключеному до трифазної обмотці трехфазном приймачі Х Б1 = R Ф Х Ф, а реактивний опір Х Б2 другого баластного реактивного елемента дорівнює сумі негативних значень активного R Ф і індуктивного Х Ф вхідних опорів фаз двухфазной обмотки при підключеному до трифазної обмотці трехфазном приймачі електроенергії Х Б2 = -R Ф Х Ф.
6. трансформаторний перетворювач по п.5, що відрізняється тим, що блок контролю симетричного режиму роботи та управління баластними реактивними елементами включає в себе трансформатори струму в якості датчиків двофазних струмів, фазовий дискримінатор, що вимірює різницю амплітуд двофазних струмів і відхилення кута зрушення фаз між ними від чверті періоду і виконавчий пристрій, змінює величини реактивних опорів баластних реактивних елементів, при цьому шини двофазних струмів проходять крізь сердечники магнітопроводів трансформаторів струму, вторинні обмотки трансформаторів струму підключені до вимірювальних входів фазового дискримінатора, вихід якого з'єднаний з входом виконавчого пристрою.
Версія для друку
Дата публікації 16.02.2007гг
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.