Вольтодобавочное устройство для трехфазной линии электропередачи



Вольтодобавочное устройство для трехфазной линии электропередачи
Вольтодобавочное устройство для трехфазной линии электропередачи
Вольтодобавочное устройство для трехфазной линии электропередачи
Вольтодобавочное устройство для трехфазной линии электропередачи
Вольтодобавочное устройство для трехфазной линии электропередачи
Вольтодобавочное устройство для трехфазной линии электропередачи
Вольтодобавочное устройство для трехфазной линии электропередачи

 


Владельцы патента RU 2515049:

МЕНЬШИХ Олег Фёдорович (RU)

Изобретение относится к электротехнике. Вольтодобавочное устройство состоит из введенного в разрыв этой линии электронного заградителя обратного тока, установленного на опоре линии электропередачи, в проводниках которой напряжение соответствует допустимому нижнему пределу 198 В по каждой фазе, и из коммутируемого накопителя электроэнергии, установленного на конечной опоре линии электропередачи. При этом пропускание тока через электронный заградитель обратного тока и накопление энергии в коммутируемом накопителе происходит в первой и третьей четвертях периодов гармонического напряжения сети, а разряд накапливающих энергию элементов в нагрузку конечной части линии электропередачи осуществляется с некоторой временной задержкой во второй и четвертой четвертях периодов напряжения сети. Коммутируемый накопитель электроэнергии собран по мостовой схеме из двух параллельно соединенных с проводниками сети - фазным и нулевым - цепей из последовательно включенных накопительной LC-линии задержки и двунаправленного транзисторного коммутатора. Свободные концы накопительных LC-линий задержки в этих цепях подключены соответственно к фазному и нулевому проводникам сети, а в диагонали мостовой схемы установлен симистор, обеспечивающий последовательное соединение накопительных LC-линий задержки во второй и четвертой четвертях периодов сетевого напряжения и их разряд в нагрузку конечной зоны линии электропередачи. Причем управление работой двунаправленными транзисторными коммутаторами мостовой схемы, ее симистором и коммутирующими транзисторами электронного заградителя обратного тока осуществляется с блока управления транзисторами и симистором. Технический результат заключается в повышении качества электроэнергии. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в целях повышения напряжения в конечных зонах протяженных трехфазных линий электропередачи с достаточно большой энергетической нагруженностью, преимущественно к сельской местности и садоводческим товариществам.

Известны способы снижения энергопотерь при использовании длинных линий электропередачи путем увеличения сечения проводников трехфазной воздушной линии (ВЛ - 0,4 кВ) или их запараллеливания. Кроме того, увеличивают напряжение на выходных цепях трансформаторной подстанции (ТП) выше заданного значения, но это ухудшает положение тех абонентов, дома которых располагаются в начале линии электропередачи из-за перенапряжения. Так как по нормам допускается отклонение напряжения не более чем на +5% и -10%, то это значит, что при стандартном напряжении 220 В разброс напряжения для всех абонентов, обслуживаемых от ТП, определен пределами от 198 B до 231 B. При достаточно протяженных линиях ВЛ - 0,4 кВ в конце их напряжение нередко падает до 170…180 B, что недопустимо ухудшает предоставляемые энергоснабжающими организациями услуги.

Недостатки известных приемов повышения напряжения на конце длинной линии электропередачи устранены в заявляемом техническом решении.

Целью изобретения является обеспечение подъема напряжения на конце линии электропередачи организацией вольт-добавки.

Указанная цель достигается в заявляемом устройстве вольт-добавки для трехфазных линий электропередачи, состоящим из введенного в разрыв этой линии электронного заградителя обратного тока, установленного на опоре линии электропередачи, в проводниках которой напряжение соответствует допустимому нижнему пределу 198 B по каждой фазе, и из коммутируемого накопителя электроэнергии, установленного на конечной опоре линии электропередачи, при этом пропускание тока через электронный заградитель обратного тока и накопление энергии в коммутируемом накопителе происходит в первой и третьей четвертях периодов гармонического напряжения сети, а разряд накапливающих энергию элементов в нагрузку конечной части линии электропередачи осуществляется с некоторой временной задержкой во второй и четвертой четвертях периодов напряжения сети; коммутируемый накопитель электроэнергии собран по мостовой схеме из двух параллельно соединенных с проводниками сети - фазным и нулевым - цепей из последовательно включенных накопительной LC-линии задержки и двунаправленного транзисторного коммутатора, свободные концы накопительных LC-линий задержки в этих цепях подключены соответственно к фазному и нулевому проводникам сети, а в диагонали мостовой схемы установлен симистор, обеспечивающий последовательное соединение накопительных LC-линий задержки во второй и четвертой четвертях периодов сетевого напряжения и их разряд в нагрузку конечной зоны линии электропередачи, причем управление работой двунаправленными транзисторными коммутаторами мостовой схемы, ее симистором и коммутирующими транзисторами электронного заградителя обратного тока осуществляется с блока управления транзисторами и симистором.

Блок управления транзисторами и симистором вырабатывает импульсы открытия соответствующих групп коммутирующих транзисторов мостовой схемы и электронного заградителя обратного тока в первой и третьей четвертях периодов напряжения сети и задержанных во времени относительно начал второй и четвертой четвертей периодов сетевого напряжения импульсов запуска симистора на его открытие в соответствующем направлении протекания разрядного тока с последовательно включенных накопительных LC-линий, а синхронизация работы блока осуществлена от фазного напряжения сети - в каждом из трех блоков управления для соответствующих фаз линии электропередачи.

Достижение поставленной цели объясняется параллельным накоплением энергии в первой и третьей частях периодов напряжения сети в накопительных LC-линиях задержки мостовой схемы одновременно с подачей этой части энергии и к конечному потребителю (его нагрузкам) и отключением конечного участка линии электропередачи с помощью электронного заградителя обратного тока от ее основной части, связанной с ТП, и передачей накопленной электроэнергии конечным потребителям с повышенным напряжением во второй и четвертой частях периодов сетевого напряжения, так что среднее действующее негармоническое напряжение будет больше действующего к концу линии электропередачи напряжения без использования заявляемого устройства, а величина вольт-добавки будет определяться нагруженностью этого участка линии электропередачи, но не нагрузками остальной основной части этой линии. Энергетика устройства определяется параметрами накопительных LC-линий задержки, в частности суммарной емкостью ее конденсаторов.

Изобретение понятно из представленных рисунков.

На рис.1 дана схема заявляемого устройства в целом. На рис.2 указано включение устройства в трехфазной линии электропередачи перед нагрузками потребителей конечной зоны линии электропередачи. На рис.3 приведена блочно-принципиальная схема блока управления всеми силовыми транзисторами устройства и симистором. На рис.4 дана принципиальная схема формирователя импульсов запуска симистора. На рис.5 показана часть временной диаграммы (для второй или четвертой четверти периодов сетевого напряжения) при указанном на рис.4 формировании импульсов запуска симистора. На рис.6 приведена временная диаграмма напряжений в различных точках схемы блока управления транзисторами и симистором за один полный период переменного напряжения сети, например, по фазе А. На рис.7 даны эпюры напряжения в проводниках сети после действующего электронного заградителя обратного тока (рис.7а) и фазного тока при заряде и разряде накопительных LC-линий задержки мостовой схемы (рис.7б).

Устройство представлено на рис.1 и содержит следующие элементы и блоки:

1 - коммутируемый накопитель электроэнергии, выполненный по мостовой схеме,

2 - первую накопительную LC-линию задержки из N звеньев (L - индуктивность звена, С - емкость конденсатора звена),

3 - первый двунаправленный транзисторный коммутатор, обеспечивающий заряд емкостей первой накопительной LC-линии задержки 2 в первой четверти периодов напряжения сети,

4 - второй двунаправленный транзисторный коммутатор, обеспечивающий перезаряд емкостей второй накопительной LC-линии задержки 5 в третьей четверти периодов сетевого напряжения,

5 - вторую накопительную LC-линию задержки из N звеньев, аналогичных звеньям первой накопительной LC-линии задержки 2,

6 - симистор мостовой схемы, при открытии которого при запертых транзисторах мостовой схемы и электронного заградителя обратного тока накопительные LC-линии задержки 2 и 5 включаются последовательно к проводникам электросети, обслуживающей пользователей конечной зоны линии электропередачи,

7 - блок управления транзисторами и симистором,

8 - электронный заградитель обратного тока (включен на пропускание тока к нагрузкам потребителей и к устройству 1 в первой и третьей четвертях периодов сетевого напряжения и закрыт на пропускание тока во второй и четвертой четвертях периодов),

9 - совокупная нагрузка потребителей электроэнергии, дома которых расположены в конечной зоне линии электропередачи,

10 - первый импульсный усилитель электронного заградителя обратного тока,

11 - трансформатор связи первого импульсного усилителя 10,

12 - первый силовой транзистор электронного заградителя обратного тока, открываемый в первой четверти периодов сетевого напряжения,

13 - второй импульсный усилитель электронного заградителя обратного тока,

14 - трансформатор связи второго импульсного усилителя 13,

15 - второй силовой транзистор электронного заградителя обратного тока, открываемый в третьей четверти периодов сетевого напряжения.

На рис.2 показана схема включения устройства 1 с электронным заградителем обратного тока 8 и совокупной нагрузкой 9 пользователей электроэнергии в конечной зоне линии электропередачи по ее трем фазам A, B и C. При этом устройство 1 установлено на конечной опоре линии электропередачи, а электронный заградитель обратного тока 8 - на опоре, проводники которой имеют фазное напряжение 198 B.

Блок управления транзисторами и симистором (рис.3) содержит:

16 - подключенный к фазному проводнику сети A первый регулируемый делитель сетевого напряжения,

17 - первый компаратор, образующий на выходе ТТЛ-уровни (транзисторно-транзисторной логики с логическими сигналами 0 и 1) меандровых импульсов с периодом Т сетевого напряжения частоты 50 Гц,

18 - первый инвертор,

19 - первую схему совпадений,

20 - регулируемую двухзвенную фазосдвигающую RC-цепочку, создающую сдвиг фазы переменного напряжения на (90±5)°,

21 - подключенную к выходу фазосдвигающей цепочки 20 второй регулируемый делитель переменного напряжения, сдвинутого на (90±5)°,

22 - второй компаратор,

23 - второй инвертор,

24 - вторую схему совпадений,

25 - усилитель импульсов первой четверти периодов сетевого напряжения,

26 - усилитель мощности с первым трансформаторным выходом, выходные обмотки трансформатора которого связаны с транзисторами мостовой схемы, обеспечивающими заряд конденсаторов накопительных LC-линий задержки 2 и 5,

27 - усилитель импульсов третьей четверти периодов сетевого напряжения,

28 - усилитель мощности с вторым трансформаторным выходом, выходные обмотки трансформатора которого связаны с транзисторами мостовой схемы, обеспечивающими перезаряд конденсаторов накопительных LC-линий задержки 2 и 5,

29 - суммирующую логическую схему «ИЛИ» с двумя входами,

30 - первый формирователь фронтальных импульсов,

31 - генератор импульсов временного сдвига,

32 - второй формирователь фронтальных импульсов,

33 - генератор импульсов запуска симистора,

34 - усилитель импульсов запуска симистора во второй и четвертой четвертях периодов сетевого напряжения,

35 - усилитель мощности с трансформаторным выходом, выходная обмотка трансформатора которого подключена к управляющему переходу симистора 6,

36 - вторичный источник питания на выходные напряжения - 6 B, +5 B и +15 B.

На рис.4 приведена принципиальная схема формирователя импульсов запуска симистора, включающая элементы 29-33, представленные на рис.3, а на рис.5 - временные диаграммы происходящих процессов в этой схеме для второй четверти (то же и для четвертой четверти) периодов сетевого напряжения.

На рис.6 даны временные диаграммы напряжений (логических уровней) на выходах элементов схемы рис.3, номера которых указаны у соответствующих диаграмм:

6а - на выходе первого регулируемого делителя 16,

6б - на выходе фазосдвигающей RC-цепочки 20,

6в - на выходе первого компаратора 17,

6г - на выходе второго компаратора 22,

6д - на выходе первого инвертора 18,

6е - на выходе второго инвертора 23,

6ж - на выходе первой схемы совпадений 19,

6з - на выходе второй схемы совпадений 24,

6и - на выходе первого формирователя фронтальных импульсов 30,

6к - на выходе генератора импульсов временного сдвига 31,

6л - на выходе второго формирователя фронтальных импульсов 32,

6м - на выходе генератора 33 импульсов запуска симистора 6.

На рис.7а показана форма напряжения uC(t) на проводниках сети после электронного заградителя обратного тока, возрастающего против напряжения, действующего до этого заградителя 8 во второй и четвертой четвертях периодов сетевого напряжения, что увеличивает амплитудное значение выходного напряжения на величину ΔU против амплитуды UO напряжения, действующего в линии электропередачи к ее концу (до электронного заградителя обратного тока).

На рис.7б показана форма зарядного и разрядного тока i(t) в фазном проводнике (A) в течение периода T сетевого напряжения, а также обозначены временные интервалы сдвига начала открытия симистора ΔtСДВ. и закрытия симистора до окончания второй и четвертой четверти периодов сетевого напряжения ΔtЗAKP.

Известно, что к концу достаточно протяженной и нагруженной линии электропередачи напряжение в ней снижается до недопустимой величины в 170…180 B. Поэтому стоит задача подъема этого напряжения для группы пользователей электроэнергии, дома которых расположены в конце линии электропередачи при известной среднестатистической мощности потребления ими электроэнергии. Пусть, к примеру, среднестатистическая потребляемая мощность этой группы пользователей равна 50 кВт (по всем трем фазам) при нормальном действующем напряжении сети 220 В. Тогда при падении напряжения в конце линии электропередачи до 170 В недостающей оказывается мощность, равная 50·[220-(198+170)/2]/220=8,2 кВт. Следовательно, заявляемое устройство должно быть рассчитано на поставку этой недостающей мощности для данной группы потребителей электроэнергии и обслуживать их повышенным напряжением, начиная от зоны других потребителей электроэнергии, у которых напряжение оказывается не ниже 198 В, являющееся нижним пределом допустимой нормы напряжения (- 10%). Для ограничения зоны обслуживания, в которой напряжение в линии электропередачи находится в пределах от 170 B до 198 B, заявляемое устройство дополнено так называемым электронным заградителем обратного тока, о работе которого сообщается ниже. Отметим, что электронный заградитель обратного тока устанавливается вблизи той опоры линии электропередачи, у которой напряжение в проводниках оказывается равным 198 В при среднестатистической нагруженности всей линии от ТП и до ее конца, причем с учетом подключенного к данной линии и действующего устройства вольт-добавки. Подключение самого устройства вольт-добавки осуществляется в конце линии электропередачи (на ее конечной опоре), при этом между устройством вольт-добавки (коммутируемым накопителем электроэнергии) и электронным заградителем обратного тока организуется электрическая связь для управления работой последнего.

Полагая равновероятной среднюю нагруженность линии электропередачи вдоль ее длины на обслуживаемом ее конечном участке, получим, что напряжение в конце линии электропередачи станет, например, равным 220 B, то есть будет поднято на 50 В, и тогда в начале рассматриваемого конечного участка линии непосредственно после электронного заградителя обратного тока с учетом потерь в линии напряжение вырастет только на величину 50-(198-170)=22 B, то есть поднимется до 220 B. В этом случае абоненты всей линии электропередачи получат услуги от энергоснабжающей организации в пределах допустимых норм (от -10% до +5% от действующего напряжения сети 220 B). Иначе говоря, во всем рассматриваемом конечном участке линии электропередачи напряжение окажется неизменным и равным 220 B, и заявляемое устройство может рассматриваться в качестве виртуальной ТП, получающей питание от реально расположенной в начале линии электропередачи ТП.

Отметим, что при неиспользовании электронного заградителя обратного тока, что принципиально возможно, в расчетах потребной мощности при работе заявляемого устройства пришлось бы пойти на увеличение недостающей мощности, связанной с потерями в линии электропередачи для всех пользователей данной линии. Но при этом во всех точках линии напряжение поддерживалось бы одинаковым и равным номинальному значению 220 B. В частности, для восполнения потери энергии в линии электропередачи величина недостающей мощности была бы равна 8,2+50·[220-(220+198)/2]/220=10,7 кВт (общая потребляемая всеми нагрузками пользователей данной линии электропередачи при этом равна 50·10,7/8,2=65,2 кВт, Токовая нагрузка по каждой фазе с выхода ТП составляет при этом около 100 A).

Рассмотрим работу заявляемого устройства.

Коммутируемый накопитель энергии 1 (рис.1) представляет собой преобразователь реактивной энергии параллельно заряжаемых конденсаторов первой 2 и второй 5 накопительных LC-линий задержки соответственно через первый 3 и второй 4 двунаправленные транзисторные коммутаторы в первой и третьей четверти периодов сетевого напряжения, в течение которых также попеременно открываются первый 12 и второй 15 силовые транзисторы электронного заградителя обратного тока 8, обеспечивая заряд этих конденсаторов от линии электропередачи, связанной с ТП, в активную энергию разряжающихся конденсаторов в нагрузки потребителей электроэнергии обслуживаемой зоны линии электропередачи, при котором конденсаторы накопительных LC-линий задержки включены последовательно с помощью открываемого симистора 6 во второй и четвертой четвертях периодов сетевого напряжения. Использование, вместо одиночных конденсаторов, двух N-звенных LC-линий задержки позволяет затянуть во времени процессы заряда с малой постоянной времени конденсаторов этих линий до амплитудного напряжения сетевого напряжения UO, действующего в конце линии электропередачи, и процессы разряда этих конденсаторов с вдвое большей постоянной времени в активную нагрузку группы потребителей обслуживаемой зоны, что позволяет увеличить амплитуду напряжения во второй и четвертой четвертях периодов почти до удвоенного значения 2UO с квазиплоской вершиной амплитуды напряжения и тока разряда вследствие применения именно 2N-звенной последовательно соединенной накопительной LC-линии задержки, как это видно на рис.7.

Задержка τN заряд-разряда в многозвенной LC-линии задержки, как известно, равна τN=2πN(LC)1/2, поэтому заряд конденсаторов двух цепей мостовой схемы коммутируемого накопителя энергии 1 происходит вдвое быстрее разряда этих двух последовательно включенных симистором 6 линий задержки. Поэтому и амплитуда тока заряда выше амплитуды тока разряда. Согласно закону сохранения энергии, в первом приближении, соблюдается в каждом полупериоде соотношение вида:

0 T / 4 u C ( t ) i ( t ) d t T / 4 + Δ t С Д В . T / 2 Δ t З А К Р . u C ( t ) i ( t ) d t  и T / 2 3 T / 4 u C ( t ) i ( t ) d t 3 T / 4 + Δ t С Д В . T Δ t З А К Р . u C ( t ) i ( t ) d t .

то есть интегралы от мгновенных значений мощности при заряде и разряде накопительных LC-линий задержки 2 и 5 для соответствующих четвертей периодов переменного напряжения сети равны между собой по абсолютной величине. Знак минус в правых частях приблизительных равенств означает циркуляцию энергии от ТП к коммутируемому накопителю энергии 1 и от него обратно в направлении к ТП, как это имеет место при включении конденсатора (чисто реактивного элемента) к сети переменного тока, при котором электросчетчик активной энергии вообще не учитывает потребляемую энергию.

В данном устройстве это же будет иметь место для старых индуктивных электросчетчиков с вращающимися дисками (типа СО-2М и др.). В случае применения цифровых счетчиков и индукционных счетчиков со стопором обратного хода диска такие счетчики будут учитывать только половину потребленной пользователями активной энергии только в первой и третьей частях периодов напряжения сети. Разрядные токи накопительных LC-линий задержки и являются обратными токами, которые не пропускают закрытые в это время транзисторы электронного заградителя обратного тока 8, направляя эти токи в активные нагрузки пользователей обслуживаемой зоны линии электропередачи. Если заявляемое устройство применять без установки электронного заградителя обратного тока 8, то фазные электросчетчики ТП, как правило, цифровые, будут недоучитывать всю расходуемую пользователями электроэнергию. При полном сборе оплаты за израсходованную абонентами электроэнергию такая ситуация будет интерпретироваться энергоснабжающими организациями как снижение технических потерь на линии электропередачи.

Отметим, что поскольку в первой и третьей четвертях периодов uC(t)=UOsin2πFt, где F - частота переменного напряжения сети (50 Гц), то интегралы в левых частях указанных равенств будут иметь вид:

U O 0 T / 4 i ( t ) sin ω t d t T / 4 + Δ t С Д В . T / 2 Δ t З А К Р . u C ( t ) i ( t ) d t  и U O T / 2 3 T / 4 i ( t ) sin ω t d t d t 3 T / 4 + Δ t С Д В . T Δ t З А К Р . u C ( t ) i ( t ) d t .

где ω=2πF. Поэтому при известном значении UO (например, 170 B) решением интегрального уравнения можно найти действующее и максимальное значение тока заряда конденсаторов параллельно включенных накопительных LC-линий задержки 2 и 5.

Средняя мощность P потребляемой из сети электроэнергии равна:

P = ( 4 U O / T ) 0 T / 4 i ( t ) sin ω t d t .

В рассматриваемом нашем примере Р=50 кВт, поэтому среднее действующее значение зарядного тока по каждой фазе IЗАР.СР=Р/3UO=98 A, что следует учитывать при выборе силовых транзисторов мостовой схемы и электронного заградителя обратного тока, имея в виду, что пиковое значение зарядного тока может оказаться вдвое больше среднего действующего (например, транзисторы мостовой схемы должны быть рассчитаны на пиковый ток заряда порядка 150 A, а транзисторы 12 и 15 - на ток порядка 300 A). Этим условиям удовлетворяют силовые транзисторы типа ТКД265-100-6-1, число которых в мостовой схеме по каждой из фаз должно быть равно 4, и столько же в электронном заградителе обратного тока в паре из двух параллельно соединенных транзисторов, а всего в трехфазной схеме устройства таких транзисторов должно быть 24.

В первой четверти периодов открытыми являются верхние транзисторы первого 3 и второго 4 двунаправленных транзисторных коммутаторов и первый силовой транзистор 12 электронного заградителя обратного тока 8, и при этом конденсаторы первой 2 и второй 5 накопительных LC-линий задержки заряжаются с постоянной времени порядка 2 мс, что обеспечивает их заряд практически до амплитудного напряжения UO≈1,41·170=240 B (при действующем напряжении в конце линии электропередачи, равном 170 B). Затем эти транзисторы закрываются и через некоторое время ΔtСДВ.≈0,3 мс во второй четверти периодов открывается симистор 6 и происходит разряд конденсаторов, последовательно соединенных линий задержки 2 и 5, с начальным напряжением, несколько меньшем значения 2 UO≈480 B, в активные нагрузки пользователей. Это напряжение действовало бы в первый момент включения симистора 6, если бы применялись, вместо линий задержки, просто одиночные конденсаторы, а затем разряд конденсаторов был бы экспоненциально падающим. При применении именно линий задержки огранчивается разрядный ток линий задержки, величина которого, в первом приближении, равна запасенной в конденсаторах двух линий задержки энергии W = ( C / 2 ) ( 2 U O ) 2 / 2 = C U O 2 , отнесенного к произведению напряжения 220 B на время разряда линий задержки τN=2πN(LC)1/2, то есть амплитуда разрядного тока равна I р а з р . max = C U O 2 / 2 220 π N ( L C ) 1 / 2 (если с помощью заявляемого устройства восстанавливается на конце линии электропередачи действующее напряжение в 220 B). Из этого выражения для разрядного тока видно, что увеличение времени задержки в линиях задержки 2 и 5 снижает разрядный ток, что ведет к соответствующему снижению напряжения в активных нагрузках пользователей. Следовательно, выбором суммы емкостей N конденсаторов в каждой из двух линий задержки, а также времени задержки τN в 2N-звенной линии задержки последовательно соединенных линий задержки 2 и 5, можно для известной среднестатистической активной нагрузки пользователей обслуживаемой зоны выбрать такую величину тока Iразр. max, при которой обеспечивается напряжение в конечном участке линии электропередачи, равное 220 B.

Так, при мощности потребления на данном участке пользователей в P=50 кВт равномерно по всем трем фазам величина этого тока приблизительно равна Iразр..max≈50000/3·220=75,8 A. Тогда, принимая значение τN равным 4 мс, получим величину суммарной емкости C для каждой из линий задержки 2 и 5, равную С = 220 I р а з р . max τ N / U O 2 = 220 75,8 0,004 / 170 2 = 0,0023 Ф = 2300 м к Ф . Рабочее напряжение всех конденсаторов должно быть выбрано не менее 300 B. Если использовать отдельные конденсаторы в линиях задержки по 100 мкФ, то линии выполняются многозвенными при N=23. При этом легко рассчитать величину применяемых индуктивностей в линиях задержки 2 и 5, равную L=(τN/2πN)2/С=(0,004/6,28·23)2/0,0023=0.33344·10-6 Гн=0,333 мкГн. Катушки индуктивности можно выполнить медным изолированным проводником диаметром 2,5 мм, каждая из которых имеет по 4 витка диаметром 3 см с полной длиной намотки 35 мм (то есть с шагом 8,75 мм), что рассчитано по известной формуле Нагока L=10Dn2/[(l/D)+0.44], где D и l - диаметр и длина намотки катушки в сантиметрах, n - число витков в катушке, индуктивность которой также выражается в сантиметрах (1 см=0,9·10-3 мкГн).

В качестве симистора в данном примере можно использовать симистор ТС-151-160 класса не ниже 6-го (на рабочее напряжение 600 B при рабочем токе до 100 A).

То же самое происходит при заряде 46-и конденсаторов двух накопительных LC-линий задержки 2 и 5 в третьей четверти периодов, но при этом открытыми становятся нижние транзисторы двунаправленных транзисторных коммутаторов 3 и 4 и второй силовой транзистор 15 электронного заградителя обратного тока 8, при замене знака зарядного тока (для отрицательной полуволны переменного напряжения).

Во второй и четвертой четвертях периодов с небольшой задержкой ΔtСДВ.≈0,3 мс от начал этих четвертей открывается симистор 6, включающий линии задержки последовательно к активным нагрузкам пользователей при всех полностью закрытых транзисторах мостовой схемы и электронного заградителя обратного тока. Указанная задержка включения симистора 6 реализуется аппаратно и гарантирует закрытые транзисторы от их пробоя. Выключение проводимости симистора 6 происходит автоматически при снижении разрядного тока до величины, обусловленной паспортными характеристиками данного симистора на отключение в соответствии с физикой его работы. При этом симистор закрывается до окончания соответствующих четвертей (второй и четвертой) на малый интервал времени ΔtЗАКР. (как показано на рис.7б), например, порядка 0.2 мс.

Алгоритм функционирования схемы возложен на работу блока управления транзисторами и симистором (рис.3). Рассмотрим действие этого блока.

К фазному проводнику подключены две цепи формирования импульсов длительностью 5 мс, связанных с первой и третьей четвертью. Первая из этих цепей содержит последовательно соединенные первый регулируемый делитель 16 напряжения фазы A, компаратор 17, вырабатывающий «меандровые» импульсы (со скважностью, равной двум) с ТТЛ-уровнями логических «0» и «1» и инвертор 18. Вторая цепь дополнительно включает регулируемую двухзвенную фозосдвигающую RC-цепочку 20 и те же элементы первой цепи - 21, 22 и 23. Прямой выход первого компаратора 17 (логический сигнал A) и инверсный выход второго компаратора 22 (то есть с выхода второго инвертора 23 - логический сигнал B) подключены ко входам первой схемы совпадений 19, на выходе которой формируются импульсы длительностью 5 мс согласно логической функции конъюнкции A * B ¯ для формирования первых четвертей периодов сетевого напряжения. Прямой выход компаратора 22 и инверсный выход первого компаратора 17 (то есть с выхода первого инвертора 18) подаются на входы второй схемы совпадений 24, реализующей логическую функцию конъюнкции A ¯ * B , то есть формирующей импульсы третьей четверти периодов сетевого напряжения (см. рис.6). В дальнейшем эти импульсы усиливаются по мощности и воздействуют через трансформаторные выходы на соответствующие транзисторы мостовой схемы - первого 3 и второго 4 двунаправленных транзисторных коммутаторов, а также на транзисторы 12 и 15 электронного заградителя обратного тока 8. Кроме того, эти же импульсы суммируются в логической схеме «ИЛИ» 29, после чего осуществляется формирование запускающих импульсов симистора 6 в цепи, состоящей из последовательно соединенных первого формирователя фронтальных импульсов 30, генератора импульсов временного сдвига 31, второго формирователя фронтальных импульсов 32, генератора импульсов запуска симистора 33, усилителя этих импульсов 34 и усилителя мощности с трансформаторным выходом 35, вторичная обмотка трансформатора которого подключена к управляющему переходу симистора 6. Отметим, что схема формирования импульсов запуска τИ с их временным сдвигом ΔtСДВ. относительно начал второй и четвертой четвертей периодов сетевого напряжения представлена на рис.4, и ее работа поясняется на рис.5 (для первой четверти периодов). Первый 30 и второй 32 формирователи фронтальных импульсов формируют короткие импульсы (аналог дифференцированию), привязанные во времени к фронту действующих на них импульсов, и не чувствительны к спаду последних. Это и позволяет организовать требуемый временной сдвиг ΔtСДВ., величина которого определяется суммой длительностей двух импульсов от формирователей фронтальных импульсов 30 и 32 и генератора импульсов сдвига 31, как это видно на рис.5 и на рис.7б.

Функционирование блока управления транзисторами и симистором поясняется временными диаграммами на рис.6 для различных точек в блоке 7, указанных цифрами соответствующих элементов, связи которого с мостовой схемой и электронным заградителем обратного тока показаны строчными буквами русского алфавита.

Схема включения заявляемого устройства по всем трем фазам показана на рис.2 и каких-либо пояснений не требует.

Заявленное техническое решение может быть использовано и по иному назначению - для проверки вновь разрабатываемых электронных приборов учета электроэнергии, которые были бы способны учитывать без погрешностей потребляемую активную энергию потребителями в случае использования данного устройства без электронного заградителя обратного тока, при котором существующие цифровые электросчетчики учитывают только половину расходуемой энергии, на которую рассчитано заявляемое устройство - его коммутируемый накопитель энергии 1 (рис.1).

1. Вольтодобавочное устройство для трехфазных линий электропередачи, состоящее из введенного в разрыв этой линии электронного заградителя обратного тока, установленного на опоре линии электропередачи, в проводниках которой напряжение соответствует допустимому нижнему пределу 198 B по каждой фазе, и из коммутируемого накопителя электроэнергии, установленного на конечной опоре линии электропередачи, при этом пропускание тока через электронный заградитель обратного тока и накопление энергии в коммутируемом накопителе происходит в первой и третьей четвертях периодов гармонического напряжения сети, а разряд накапливающих энергию элементов в нагрузку конечной части линии электропередачи осуществляется с некоторой временной задержкой во второй и четвертой четвертях периодов напряжения сети; коммутируемый накопитель электроэнергии собран по мостовой схеме из двух параллельно соединенных с проводниками сети - фазным и нулевым - цепей из последовательно включенных накопительной LC-линии задержки и двунаправленного транзисторного коммутатора, свободные концы накопительных LC-линий задержки в этих цепях подключены соответственно к фазному и нулевому проводникам сети, а в диагонали мостовой схемы установлен симистор, обеспечивающий последовательное соединение накопительных LC-линий задержки во второй и четвертой четвертях периодов сетевого напряжения и их разряд в нагрузку конечной зоны линии электропередачи, причем управление работой двунаправленными транзисторными коммутаторами мостовой схемы, ее симистором и коммутирующими транзисторами электронного заградителя обратного тока осуществляется с блока управления транзисторами и симистором.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок управления транзисторами и симистором вырабатывает импульсы открытия соответствующих групп коммутирующих транзисторов мостовой схемы и электронного заградителя обратного тока в первой и третьей четвертях периодов напряжения сети и задержанных во времени относительно начал второй и четвертой четвертей периодов сетевого напряжения импульсов запуска симистора на его открытие в соответствующем направлении протекания разрядного тока с последовательно включенных накопительных LC-линий задержки, а синхронизация работы блока осуществлена от фазного напряжения сети - в каждом из трех блоков управления для соответствующих фаз линии электропередачи.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может использоваться в регуляторах температуры. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в частотнорегулируемом электроприводе. .

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано, например, в электронагревательных системах. .

Изобретение относится к области электроники и автоматики, а именно к устройствам преобразования энергии переменного тока на входе в энергию переменного тока на выходе для изменения напряжения без промежуточного преобразования в постоянный ток, выполненным на полупроводниковых элементах с управляющим электродом и снабженным элементами, служащими для замыкания и размыкания контактов, и может быть применено, в частности, в стабилизаторах напряжения переменного тока.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для преобразования переменного напряжения или тока в переменное напряжение или ток без промежуточного пеобразования в постоянное напряжение или ток. Техническим результатом является обеспечение произвольного и непрерывного регулирования прохождения тока от входного фазного вывода к выходным фазным выводам прямого преобразователя. Прямой преобразователь (1) снабжен n входными фазными выводами (U1, V1, W1) и p выходными фазными выводами (U2, V2, W2), где n≥2 и p≥2, n·p двухполюсными коммутационными элементами (2) для переключения, по меньшей мере, одного положительного и, по меньшей мере, одного отрицательного напряжения между полюсами. Каждый выходной фазный вывод (U2, V2, W2) последовательно соединен с каждым входным фазным выводом (U1, V1, W1) через один коммутационный элемент (2). Для обеспечения произвольного и непрерывного регулирования прохождения тока от входного фазного вывода к выходному фазному выводу прямого преобразователя и для обмена электрической энергией между двухполюсными коммутационными элементами в каждое последовательное соединение включена по меньшей мере одна индуктивность (3). 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 16 ил.

Устройство преобразования энергии для преобразования энергии многофазного переменного тока непосредственно в энергию переменного тока. Схема преобразования включает в себя множество первых переключающих устройств (311, 313, 315) и множество вторых переключающих устройств (312, 314, 316), соединенных соответственно с фазами R, S, T энергии многофазного переменного тока и выполненных с возможностью обеспечивать операцию электрического переключения в обоих направлениях. Предусмотрено множество конденсаторов (821-826), соединенных со схемой преобразования. По меньшей мере один из конденсаторов обеспечен для каждого из первых переключающих устройств и вторых переключающих устройств между двумя из фаз энергии многофазного переменного тока. Технический результат - можно уменьшать расстояние межсоединений между конденсатором и переключающими устройствами. 4 з.п.ф-лы, 13 ил.

Обеспечен преобразователь (3) мощности, который непосредственно преобразует мощность многофазного переменного тока в мощность переменного тока. Схема преобразователя имеет множество первых переключающих элементов (311, 313 и 315), которые подключены к каждой фазе (R, S или Т) мощности многофазного переменного тока, чтобы обеспечивать переключение для включения переноса тока в двух направлениях, и множество вторых переключающих элементов (312, 314 и 316), которые подключены к каждой фазе, чтобы обеспечивать переключение для включения переноса тока в двух направлениях. Схема преобразователя содержит входные линии (R, S и Т), подключенные к каждому входному терминалу, и выходные линии (Р и N), подключенные к каждому выходному терминалу. Часть разводки (347, 348) схемы (32) защиты расположена между выходными линиями (Р, N). Технический результат - расстояние разводки между схемой (32) защиты и переключающим элементом может быть сокращено. 1 н. и 4 з.п. ф-лы, 13 ил.

Раскрыто устройство (3) преобразования энергии для преобразования энергии многофазного переменного тока непосредственно в энергию переменного тока. Схема преобразования включает в себя множество первых переключающих устройств (311, 313, 315) и множество вторых переключающих устройств (312, 314, 316), соединенных, соответственно, с фазами R, S, T энергии многофазного переменного тока и выполненных с возможностью обеспечивать операцию электрического переключения в обоих направлениях. Выходные линии (331, 332), сформированные посредством пары электрических шин, соединяются со схемой преобразования. Первые переключающие устройства и вторые переключающие устройства размещаются таким образом, что выходные контактные выводы размещаются в ряд. Выходные линии (331, 332) соединяются с выходными контактными выводами и удлиняются прямолинейно в одном направлении. Технический результат - уменьшение длины выходной линии. 6 з.п. ф-лы, 13 ил.

Предусмотрен преобразователь энергии, который непосредственно преобразует энергию многофазного переменного тока в энергию переменного тока. Схема преобразователя имеет множество переключающих элементов (311, 313, 315, 312, 314 и 316), которые подключаются к каждой фазе R, S или T энергии многофазного переменного тока, с тем чтобы обеспечивать переключение для включения двунаправленной токонесущей способности. По меньшей мере, три конденсатора (821-826) предоставляются между фазами схемы преобразователя. Три конденсатора, соответственно, размещаются в вершинах треугольника на плоскости, которая является параллельной с монтажной поверхностью части, на которой фактически монтируются переключающие элементы. Технический результат - возможность сокращения расстояния монтажных соединений между конденсаторами и переключающими элементами. 5 з.п. ф-лы, 13 ил.

Предусмотрен преобразователь (3) энергии, который непосредственно преобразует энергию многофазного переменного тока в энергию переменного тока. Схема преобразователя имеет множество первых переключающих элементов (311, 313 и 315) и множество вторых переключающих элементов (312, 314 и 316), оба из которых подключаются к каждой фазе R, S или T энергии многофазного переменного тока, с тем чтобы обеспечивать переключение для включения двунаправленной токонесущей способности. Конденсаторы (821-826) предоставляются между фазами. Входные контактные выводы первых переключающих элементов и входные контактные выводы вторых переключающих элементов выполнены с возможностью формировать соответствующие линии. Некоторые из множества конденсаторов (821 и 822) выполнены с возможностью располагаться под углом относительно направления компоновки контактных выводов. Технический результат - расстояние монтажных соединений между конденсаторами и переключающими элементами может сокращаться. 6 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах преобразования электрической мощности. Технический результат - предотвращение нарушения коммутации в устройстве преобразования мощности. Устройство преобразования электрической мощности содержит схему преобразования с несколькими парами двунаправленно переключаемых переключающих элементов, подключенных к соответствующим фазам для преобразования мощности переменного тока в электрическую мощность переменного тока. Вычисляется первое время переключения, в течение которого один из переключающих элементов схемы верхнего плеча одной фазы включается, другие переключающие элементы схемы верхнего плеча другой фазы выключаются. По меньшей мере, один переключающий элемент схемы нижнего плеча других фазах включается, а другие переключающие элементы схемы нижнего плеча в одной фазе выключаются с использованием определенных посредством средства определения напряжения напряжений, и выходного значения команды управления. Вычисляется второе время переключения, в течение которого несколько пар переключающих элементов одной фазы включаются, а несколько пар переключающих элементов других фазах выключаются. Второе время переключения является таким, что в один период электрической мощности переменного тока, выведенной из схемы преобразования, содержащееся в первом полупериоде одного периода, равно второму времени переключения, содержащемуся во втором полупериоде одного периода. 5 з.п. ф-лы, 16 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для преобразования электрической мощности. Технический результат - предотвращение нарушения коммутации. Устройство преобразования электрической мощности содержит схему преобразования с несколькими парами двунаправленных переключающих элементов в соответствующих фазах. Вычисляется первое время переключения, в течение которого один из переключающих элементов схемы верхнего плеча одной фазы включен, другие переключающие элементы схемы верхнего плеча в других фазах выключены. По меньшей мере один переключающий элемент схемы нижнего плеча в других фазах включен, а другие переключающие элементы схемы нижнего плеча в одной фазе выключены с использованием напряжений, определенных посредством средства определения напряжения, и выходного значения команды управления. Вычисляется второе время переключения, в течение которого несколько пар переключающих элементов одной фазы включены, а несколько пар переключающих элементов в других фазах выключены. При переходе от первого времени переключения ко второму времени переключения переключающих элементов, каждый из которых находится во включенном состоянии, один из переключающих элементов одной из схемы верхнего плеча или схемы нижнего плеча выключают, и другой из переключающих элементов другой схемы плеча поддерживается во включенном состоянии. 2 з.п. ф-лы, 15 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для преобразования мощности переменного тока промышленной частоты в произвольную мощность. Технический результат - сокращение расстояния разводок между схемой защиты и переключающим элементом. Устройство (3) преобразования мощности, которое непосредственно преобразует мощность многофазного переменного тока в мощность переменного тока. Схема преобразования имеет множество первых переключающих элементов (311, 313 и 315) и множество вторых переключающих элементов (312, 314 и 316), которые подключены к фазам (R, S, T) многофазного переменного тока и может переключать течение тока между двумя направлениями. Устройство преобразования мощности также обеспечено следующим: входными линиями (R, S, T), подключенными к входным терминалам переключающих элементов; и выходными линиями (P, N), подключенными к выходным терминалам переключающих элементов. Выходные терминалы первых переключающих элементов расположены в одной линии также как и выходные терминалы вторых переключающих элементов. Также линия, сформированная выходными терминалами первых переключающих элементов параллельна линии, сформированной выходными терминалами вторых переключающих элементов. Вышеупомянутые выходные линии расположены вертикально ниже, чем вышеупомянутые входные линии. 6 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в ветроэнергетических установках. Технический результат - обеспечение максимально эффективного долговременного функционирования прямого преобразователя. Способ управления прямым преобразователем переменного тока, который выполнен с возможностью соединения первой трехпроводной сети (30) с второй трехпроводной сетью (31), и имеет шесть последовательно соединенных ветвей (32, 33, 34, 35, 36, 37) и накопители (9, 11) энергии, включает в себя способ управление (41) работой преобразователя переменного тока, посредством которого управляется перенос энергии от первой трехпроводной сети (30) к второй трехпроводной сети (31) и обратно согласно критериям потребности в энергии, предложения энергии и/или реактивной мощности, причем способ включает в себя способ регулирования (42) содержания энергии, с помощью которого соответствующая электрическая величина энергии, накопленная в соответствующей ветви (32, 33, 34, 35, 36, 37) преобразователя переменного тока, или электрический параметр, характеризующий электрическую величину энергии, регулируется в заданный номинальный диапазон. Раскрыт также прямой преобразователь и машиночитаемый носитель с компьютерной программой. 4 н. и 29 з.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх